К.С. Дегтярев[0000-0002-1738-6320]
Географический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия
E-mail: kir1111@rambler.ru
Аннотация. В работе проведён анализ имеющихся официальных и корпоративных данных по энергопотреблению, ВВП и численности населения в мире и отдельных ключевых регионах. На основе данного анализа сделаны выводы о ключевых тенденциях роста и изменения структуры энергопотребления в XX – начале XXI века и вероятных сценариях до конца XXI века для мира в целом и отдельных ключевых регионов. Выявлено замедление роста энергопотребления в мире в целом и большей части отдельных регионов, как в абсолютном, так и душевом измерении, идущее в общем контексте замедления темпов роста населения и ВВП, и составлен прогноз энергопотребления на основе допущения о продолжении данной тенденции. То же сделано относительно структуры производства и потребления энергии.
Ключевые слова: потребление энергии, электроэнергетика, возобновляемые источники энергии, структура энергопотребления, регионы мира, население мира, мировой ВВП, мировые тренды, прогноз на XXI век
1. Введение. Постановка задачи, информационная база и методика
Рост мирового производства и потребления энергии, с одной стороны, является ключевым индикатором экономического развития, с другой – основанием для опасений, связанных с увеличением нагрузки на окружающую среду, риском дефицита энергетических ресурсов и природно-техногенных катастроф. Актуальность исследований и прогнозов относительно положения дел в данном секторе экономики очевидна. Вопросы развития энергетики в современном мире являются в высокой степени политизированными и являются областью жёстких дискуссий и столкновения зачастую полярных оценок. При этом, во многих случаях, стороны не используют количественные данные о фактическом положении дел, либо используют их избирательно, представляя его в виде, предпочтительном для обоснования своей позиции.
Таким образом, актуальным становится 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 – оценить объёмы и динамику энергопотребления в мире и крупнейших регионах, выявить ключевые тенденции и их изменение и, на основе этого, обозначить 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, численности населения, экономическому развитию.
Прогнозирование энергопотребления проведено на основе выявления ключевых трендов роста и их изменений в XX – начале XXI века с дифференциацией по крупнейшим регионам, различающимся уровнем и тенденциями развития. С этой целью проведены сопоставления рядов статистических данных и расчёты ряда производных показателей.
Ограничение такого подхода, по сути, являющегося разновидностью технического анализа тренда, заключается в том, что он не может учесть ряд вероятных событий, связанных с политической дестабилизацией, экономическими кризисами, наконец, природными или природно-техногенными катаклизмами и другими форс-мажорными обстоятельствами. С другой стороны, исходя из того, что любой процесс является равнодействующей всего множества влияющих на него факторов и ожиданий, которые уже заложены в тренд, анализ собственно тренда представляется продуктивным и способным дать результаты, пригодные для использования.
Ограничение другого рода связано с тем, что интерпретация трендов также может быть различной. В выборе исходных допущений, анализе и прогнозе всегда присутствует элемент субъективности и интуиции исследователя. В этой связи целесообразно представить несколько сценариев на базе различных допущений, дающих на выходе некоторый диапазон значений, что и сделано в данной работе.
Кроме того, актуальным вопросом является структура производства и потребления энергии по её источникам, в частности – объём и доля возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в общем энергобалансе и перспективы развития энергетики на их основе. Данный аспект также освещается в проведённом исследовании.
2. Динамика потребления энергии в мире в XX – начале XXI вв.
Мировое потребление первичной энергии до XX века росло невысокими темпами. К 1800 году оно составляло около 5 700 ТВтч, а к 1900 году выросло примерно вдвое, до 12 000 ТВтч в год [1], что соответствует среднегодовым темпам роста 0,6%-0,7%. В XX веке происходит ускорение роста энергопотребления. К 1950 году оно выросло до 28 000 ТВтч. В 1965 году, по данным BP [2], оно составляло 3,7 млрд. тонн нефтяного эквивалента, или 43 000 ТВтч, к 2000 году выросло до 108 000 ТВтч, а к 2018 году — до величины более 160 000 ТВтч.
Рост производства и потребления энергии в мире обнаруживает связь с ростом населения. До XIX – начала XX века оно также росло сравнительно медленно. В начале XIX века оно составляло около 1 000 млн. человек[3], к началу XX века выросло до 1 600 млн. В 1950 году, по данным ООН [4], оно составило 2 536 млрд., к 2000 году – 6 143 млн., к 2018 году – 7 631 млн.
Таким образом, мировое потребление энергии за XIX-XX вв. выросло примерно в 19 раз, население – в 6,1 раз, годовое душевое потребление энергии – в 3,1 раза, с 5700 до 17700 кВтч. Для периода 1800-2000 гг., особенно с 1920-х по 1960-е, очевидна тенденция к экспоненциальному росту — как численности населения, так и энергопотребления – не только в абсолютных, но и в душевых величинах.
Однако дополнение приведённых выше данных информацией по годам с 1965 по 2018 указывает на изменение тренда, начиная с 1970-х. За этот период также выросли все показатели. В то же время, рост потребления энергии в 1966-2018 гг. представляет собою не экспоненциальную, как в первой половине XX века, а линейную функцию. Фиксируется снижение темпов роста всех показателей. На основе данных по численности населения [4], первичному энергопотреблению [2] и ВВП [5] нами проведён расчёт темпов их роста, динамики абсолютных и душевых показателей (рис.1).
Одновременное снижение скорости роста и душевого потребления энергии, и населения, выглядит парадоксально. Однако, это устойчивая тенденция, наблюдаемая с 1970-х.
Также в данный период с интервалом 5-10 лет (1974-75, 1980-83, 1990-94, 1997-98, 2001, 2009, 2014-15) наблюдается и абсолютное падение потребления энергии и ВВП, что согласуется с теорией циклических кризисов в экономике. Однако, общая тенденция к замедлению роста на протяжении уже более 50 лет не может быть объяснена не только ею, но и теорией длинных 50-60-летних волн в экономике («циклы Кондратьева – Ван Гельдерена»). События 1970-х («нефтяной шок») стали первыми в данном ряду и открывшими данную тенденцию, а во время кризиса 2008-2009 гг. спад энергопотребления был даже глубже.
Вероятно, наблюдаемую тенденцию тотального замедления мирового роста, включающего и население, и показатели экономики и энергетики, как абсолютные, так и душевые, следует связывать с комплексом причин, в том числе, лежащих во внеэкономической плоскости. Возможна гипотеза о связи снижения темпов роста энергопотребления с глобальным потеплением, что потребовало бы отдельных обоснований, но замедление роста населения и экономики в целом, вероятно, требует других объяснений.
3. Прогноз мирового энергопотребления до 2100 года
Линейная экстраполяция затухания роста с 1960-х указывает на его возможное прекращение:
- для населения (среднее снижение темпов роста на 0,018% в год) – к 2080 году на отметке 10 800 млн.;
- для суммарного мирового энергопотребления (среднее снижение темпов роста на 0,05% в год при линейной аппроксимации) – к 2040 году на отметке 186 000 ТВтч, что несущественно превышает текущий уровень.
Однако, сохранение средних для 2011-2018 гг. темпов роста населения (1,1%) и потребления энергии (1,7%) приведёт к росту к 2100 году:
- населения – до 18 800 млн.;
- энергии – до 450 000 ТВтч, что почти в 3 раза выше нынешнего уровня.
В свою очередь, средний прогноз ООН [4] по численности населения предполагает к 2100 году прекращение роста населения на уровне 10 900 млн. Максимальный прогноз предполагает рост до 15 600 млн. И то, и другое почти совпадает с приведёнными выше экстраполяциями. Минимальный прогноз ООН по населению – сокращение до 7 200 млн.; рост до 8 900 млн. к 2050-м с последующей остановкой роста и депопуляцией. Отталкиваясь от данных вариантов, также можно делать прогнозы по энергопотреблению в будущем. При минимальном сценарии энергопотребление будет, напротив, сокращаться.
В то же время, представляется недостаточно обоснованным прогнозировать потребление энергии, исходя исключительно из общемировой динамики. В настоящее время ряд регионов мира резко различается как уровнем, так и темпами роста населения и развития, включая уровень энергопотребления.
Замедление роста в последние десятилетия связано с группой наиболее развитых стран и компенсируется сохраняющимся быстрым ростом в других регионах.
Текущее снижение роста душевого потребления и ВВП может быть связано с более высокими темпами роста населения в странах с наименьшим уровнем потребления энергии, и дальнейшие мировые перспективы будут зависеть, прежде всего, от недостаточно определённой на данный момент траектории развития наиболее бедных стран, доля которых в мировом населении и экономике растёт и будет увеличиваться далее. В настоящее время это главный фактор неопределённости, затрудняющий прогнозы роста, как населения, так потребления энергии.
На основе вышеупомянутых данных нами проведены расчёты населения и энергопотребления (табл.1) для крупнейших регионов, в значительной степени соответствующих традиционному делению на Центр, Полупериферию и Периферию.
В нашем случае в Центр, наряду с Западной Европой, Северной Америкой, Японией, Южной Кореей, Сингапуром, Австралией и Новой Зеландией, включены Россия и другие страны бывшего СССР.
Отдельно обозначены Китай и Индия как две крупнейшие мировые развивающиеся экономики. Субсахарская Африка (без ЮАР) выделена как особая территория глубокой Периферии со своей спецификой развития. Остальной мир (другие страны) включает прочие территории (Латинская Америка, страны Северной Африки, другие страны Юго-Западной, Юго-Восточной Азии и Океании), относимые к Полупериферии и Периферии.
Далее, для экстраполяции по мировому энергопотреблению возможны следующие подходы:
- на основе данных о динамике общего потребления;
- на основе данных о динамике душевого потребления в сочетании с прогнозом численности населения.
Нам представляется более обоснованным второй подход, исходя из очевидной корреляции между динамикой роста численности населения и общего энергопотребления, как по миру в целом, так и по отдельным регионам и, при этом, кардинально различающимся для данных регионов прогнозом численности населения. Нами сгруппированы прогнозы роста численности населения по данным регионам на основе среднего прогноза ООН, а также рассчитаны средние годовые темпы роста душевого энергопотребления (табл. 2) по регионам.
Далее нами проведена экстраполяция трендов душевого энергопотребления по регионам до 2100 года на основе линейной аппроксимации с определёнными поправками, связанной со спецификой региона.
Для стран Центра нами принято допущение о сохранении падения душевого энергопотребления на 0,2% в год до 2100 года.
Для Китая нами принято допущение о повторении им траектории снижения темпов душевого энергопотребления, характерной для стран Центра и заложено равномерное снижение текущих темпов роста в 3,4% до -0,2% за 30 лет (к 2050 году) с последующим сохранением уровня -0,2% до 2100 года.
В случае с Индией ситуация сложнее, поскольку она демонстрирует повышение темпов роста душевого энергопотребления. В то же время, длительное сохранение данного тренда представляется маловероятным. В отношении Индии нами также сделано допущение о повторении ею с некоторым лагом траекторий Центра и Китая, предполагающее равномерное снижение с текущих 4,2% до -0,2% в течение 50 лет (к 2070 году) с сохранением этого уровня далее.
В отношении категории «Другие страны» тенденция к снижению темпов роста отчётлива. В то же время, данная группа разнородна с разнонаправленными тенденциями внутри. Для этой группы нами принято допущение о равномерном снижении темпов роста с текущих 0,5% до 0,0% к 2100 году.
Наиболее неопределённа ситуация с Субсахарской Африкой. Данный регион обнаруживает слабую тенденцию к снижению темпов роста энергопотребления. В тоже время, это регион мира с наиболее высоким текущим приростом населения и единственный регион мира, где пока не наблюдается заметной тенденции к его снижению. Согласно среднему прогнозу ООН, к 2050 году из 2000 млн. прироста мирового населения около 1000 млн. придётся на Субсахарскую Африку (табл.2), а к 2100 году – почти 2700 млн. из 3000 млн. общего роста. Численность населения Субсахарской Африки к 2100 году вырастет более, чем в 3,5 раза – до 3700 млн., а её его доля в мировом населении составит 34% (в настоящее время – 13%). При этом, население региона уже увеличилось с 1950 года со 179 млн. – почти в 6 раз.
Это самый бедный регион мира с наименьшим уровнем душевого потребления энергии – в 12 раз ниже среднего земного показателя и в 4 раза ниже, чем в Индии (табл. 1). Исходя из общих соображений, это означает наличие огромного резерва роста – существенно выше, чем в других регионах Земли, и перспективу кардинального увеличения доли в мировом энергопотреблении и данного показателя в целом.
В то же время, Африка южнее Сахары в настоящее время переживает высокую политическую нестабильность с перманентными военными конфликтами, острейшие медицинские, водные, продовольственные проблемы. Это, особенно в сочетании с сохраняющимся взрывным ростом населения, не обеспеченного ресурсами для жизни, создаёт крайне высокую неопределённость, делающую практически невозможным прогноз на длительную перспективу. В связи с этим, большой долей условности отличается и средний прогноз ООН по населению Африки до 2100 года.
Тем не менее, исходя из необходимости принимать те или иные допущения, в отношении Субсахарской Африки мы базируемся на среднем прогнозе ООН по её населению и предположении о сохранении среднегодового роста душевого потребления в 1,9% — среднего для периода 2009-2018 гг. (табл. 2).
При данных допущениях мировое потребление энергии (рис.2, табл. 3) вырастет до 225 000 ТВтч к 2050 году и 230 000 ТВтч к 2100 году. При этом, рост энергопотребления прекратится к 2060-м годам.
На столь длительных временных интервалах при заведомо высокой степени неопределённости прогноз не может быть точным, и корректнее было бы говорить о росте энергопотребления до 200000 – 250 000 ТВтч к 2050-2100 гг.
Таким образом, оценки, сделанные дифференцированно по регионам, несколько выше полученных при линейной экстраполяции общемировых тенденций.
4. Динамика структуры мирового потребления энергии
Вопрос динамики и прогноза структуры потребления энергии требует особого рассмотрения в дальнейшем. Здесь кратко отметим, что тренды XX – начала XXI века демонстрируют, скорее, сохранение углеводородной доминанты с перераспределением между углём, нефтью и газом в пользу газа и, в меньшей степени, угля, а не кардинального изменения структуры. По данным IEA [6], с 1973 по 2016 год мировое потребление первичных энергоресурсов выросло с 6 100 до 13 761 тонн в нефтяном эквиваленте, или с 70 900 до 160 000 ТВтч.
При этом, совокупная доля угля, нефти и газа снизилась с 86,7% до 81,1%. Доля нефти снизилась с 46,2% до 31,9%, доля угля выросла с 24,5% до 27,1%, доля газа – с 16,0% до 22,1%.
Основная часть сокращения доли ископаемых углеводородов произошла за счёт развития атомной энергетики, чья доля выросла с 0,9% до 4,9%.
Несколько неожиданной выглядит ситуация с использованием возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Доля гидроэнергии выросла с 1,8% до 2,5%, биотоплива и отходов сократилась с 10,5% до 9,8%, других ВИЭ (включая солнечную, ветровую, геотермальную энергию) выросла с 0,1% до 1,7%. В совокупности доля ВИЭ в мировом энергобалансе с 1973 по 2016 год выросла с 12,4% до 14,0%. В то же время, в контексте более, чем двукратного абсолютного роста энергопотребления более, чем вдвое выросло и валовое производство энергии за счёт ВИЭ, однако, то же верно и для других видов топлива.
Несколько иная ситуация в отдельно взятой электроэнергетике. В целом, исходя из данных BP [2], в 1985-2018 гг., при росте первичного энергопотребления с 83 000 до более 160 000 ТВтч в год, производство электроэнергии выросло с 9 900 ТВтч до 26 600 ТВтч (рис. 3). Доля электроэнергии в общем энергобалансе выросла с 12% до 17%. Неуглеродные энергоносители – атомная энергетика и основная часть возобновляемой: гидроэнергетика, ветровая и солнечная энергетика, ориентированы, главным образом, на производство электроэнергии. Вследствие этого, их доля в электроэнергетике выше, хотя с 1985 год по 2018 год она даже несколько снизилась – с 35,9% до 35,2%.
По отдельности, доля атомной энергетики упала с 15,1% до 10,2%, гидроэнергетики – с 20,0% до 15,8%. Это было компенсировано ростом доли других ВИЭ: солнечной – с 0,0% до 2,2%, ветровой – с 0,0% до 4,8%, био- и геотермальной – с 0,8% до 2,4%. Соответственно, доля всех ВИЭ в электроэнергетике с 1985 по 2018 год выросла с 20,8% до 25,1%, без учёта гидроэнергетики – с 0,8% до 9,3%.
В то же время, в общем контексте замедления роста энергетики снижаются и темпы увеличения производства ветровой и солнечной энергии (рис.4). Для ветроэнергетики это наблюдается с начала 2000-х гг. – годовые темпы роста упали с 40%-50% до 10%-15%; для солнечной – с начала 2010-х – падение с величин 60%-80% до 30%-40%.
Это, так же, как и в случае с энергопотреблением в целом, происходит, большей частью, за счёт группы наиболее развитых стран (США и страны ЕС), где темпы роста снизились до 10%, за исключением солнечной энергетики в США, где сохраняется рост в 30% (рис.5).
Замедление роста ветровой и солнечной энергетики в Европе и США компенсируется его продолжением либо ускорением в других регионах, в настоящий момент, в наибольшей степени, в Китае.
К 2018 году суммарная доля солнечной и ветровой энергетики в производстве электроэнергии в США составила 8,4%, в странах ЕС – 14,2%. Замедление темпов роста может свидетельствовать о приближении к его пределам на уровнях доли в 15%-20%, чему способствует и прекращение роста энергопотребления в целом в данных регионах.
Таким образом, долгосрочные перспективы роста солнечной и ветровой энергетики, как и ВИЭ, и неуглеродной энергетики в целом, зависят, в первую очередь, от траектории развития других регионов, отличающихся более высоким резервом роста энергетики, а также, более высоким природным потенциалом в силу относительно низкоширотного положения. Детальное рассмотрение потенциала ВИЭ в контексте географической зональности является предметом отдельного исследования.
5. Выводы
В мире идёт смена тренда развития энергетики, проявляющаяся в замедлении темпов роста производства и потребления первичных энергоресурсов и электроэнергии в общем контексте снижения темпов роста мирового населения и ВВП. Средние годовая скорости энергопотребления в мире в целом снизились с 4%-7% в 1960-е до 0%-3% в 2000-е и 20110-е.
В наибольшей степени эта тенденция выражена в странах, относящихся к Центру (Северная Америка, Европа, Япония, а также государства бывшего СССР), где душевой рост энергопотребления в 2010-е годы снизился до отрицательных величин. С некоторым лагом той же тенденции следует Китай и большая часть других развивающихся экономик. Наименее определённая ситуация в странах Периферии, включая Африку южнее Сахары, ряд стран Южной и Юго-Восточной Азии. От её развития в данных регионах мировое энергопотребление в XXI веке будет зависеть в наибольшей степени.
В настоящее время мировое потребление первичных энергоресурсов составляет около 160 тыс. ТВтч в год. В зависимости от выбора исходных допущений о дальнейших темпах роста мировой энергетики прогнозируемый общий уровень энергопотребления к 2100 году может варьироваться в широких пределах от 180-200 тыс. ТВтч до 400-500 ТВтч в год. Более того, возможно и его абсолютное снижение. Наиболее вероятным представляется сценарий роста к 2050-2080 гг. до 200-250 тыс. ТВтч с его прекращением в дальнейшем.
При более, чем двукратном росте (с 70 000 до 160 000 ТВтч), структура мирового энергопотребления в 1970-е – 2010-е гг. не претерпела кардинальных изменений. В частности, в общем энергобалансе с 1973 по 2016 год доля ископаемых углеводородов снизилась с 87% до 81%, а возобновляемых источников энергии (включая гидроэнергию) выросла с 12% до 14%.
В электроэнергетике с 1985 по 2018 год на фоне почти трёхкратного (с 9 000 до 26 000 ТВтч в год) доля неуглеводородных источников даже несколько снизилась — с 36% до 35%. При этом, совокупная доля ветровой и солнечной энергии выросла с 0% до 9%, что компенсировало уменьшение доли атомной и гидроэнергии. При этом, с 12% до 17% выросла доля электроэнергии в общем энергобалансе.
В то же время, в общем контексте тотального замедления роста в 2000-е – 2010-е гг. фиксируется и падение темпов роста ветровой и солнечной энергетики, также наиболее сильное – в Европе и США, что отчасти компенсируется ростом в других регионах. Относительно США и стран ЕС можно предполагать достижение в ближайшее время пределов роста ветровой и солнечной энергетики на уровне 15%-20% от общего производства электроэнергии. Дальнейшие перспективы ветровой и солнечной энергетики также в максимальной степени зависят от траектории развития стран Периферии.
Литература
1. Hannah Ritchie and Max Roser (2020) - "Energy". Published online at OurWorldInData.org. Retrieved from: 'https://ourworldindata.org/energy' [Online Resource] дата обращения – 27.01.2020. 2. BP Statistical Review of World Energy // [Online Resource] URL: https://www.bp.com/en/global/corporate/energy-economics/statistical-review-of-world-energy.html, дата обращения – 27.01.2020.
3. World Population by Year // [Online Resource] URL: https://www.worldometers.info/world-population/world-population-by-year/, дата обращения – 27.01.2020.
4. World Population Prospects // UN. Department of Economic and Social Affairs: // [Online Resource] URL: https://population.un.org/wpp/Download/Standard/Population/ , дата обращения – 27.01.2020.
5. The World Bank. Indicators // [Online Resource] URL: https://data.worldbank.org/indicator , дата обращения – 27.01.2020.
6. International Energy Agency. Data and statistics // [Online Resource] URL: https://www.iea.org/data-and-statistics . , дата обращения – 27.01.2020.
References
1. Hannah Ritchie and Max Roser (2020) - "Energy". Published online at OurWorldInData.org. Retrieved from: 'https://ourworldindata.org/energy' [Online Resource] reference date – 27.01.2020.
2. BP Statistical Review of World Energy // [Online Resource] URL: https://www.bp.com/en/global/corporate/energy-economics/statistical-review-of-world-energy.html, reference date – 27.01.2020.
3. World Population by Year // [Online Resource] URL: https://www.worldometers.info/world-population/world-population-by-year/, reference date – 27.01.2020.
4. World Population Prospects // UN. Department of Economic and Social Affairs: // [Online Resource] URL: https://population.un.org/wpp/Download/Standard/Population/ , reference date – 27.01.2020.
5. The World Bank. Indicators // [Online Resource] URL: https://data.worldbank.org/indicator , reference date – 27.01.2020.
6. International Energy Agency. Data and statistics [Online Resource] URL: https://www.iea.org/data-and-statistics, reference date – 27.01.2020.