Географические основы возобновляемой энергетики

05.10.2021 JeeesAdmin 2021-03 0

Дегтярев Кирилл Станиславович [0000-0002-1738-6320]

Московский Государственный Университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия

E-mail: kir1111@rambler.ru

Аннотация. В статье раскрывается и обосновывается географический подход к исследованию возобновляемых энергетических ресурсов и возобновляемой энергетики, который может быть обозначен как геоэнергетика или географическое энерговедение. Возобновляемые источники энергии рассматриваются как предмет изучения географической науки, в качестве энергетических потоков географической оболочки в привязке к природной зональности, экономико-географическому положению, комплексу природных и экономических условий территорий. Выявляются физико-географические и экономико-географические закономерности распределения возобновляемых энергоресурсов по земной поверхности и развития энергетики на их основе.

Ключевые слова: география возобновляемых источников энергии, климатические пояса, природные зоны, географическая оболочка, география возобновляемой энергетики, геоэнергетика, географическое энерговедение

1. Введение

Зависимость потенциала возобновляемых источников энергии (ВИЭ) от природных и хозяйственных условий, с одной стороны, вполне очевидна и не нуждается в дополнительных обоснованиях. В то же время, ВИЭ пока в должной мере не осознаются как предмет исследования, прежде всего, географической науки. В свою очередь, географы на данный момент не рассматривают, в достаточной степени, возобновляемые энергетические потоки именно как слагаемые географической оболочки (в то же время, формирующие её), а географическую оболочку со всей её структурой, включающей и природные, и антропогенные составляющие  –  как область взаимодействия возобновляемых потоков энергии. 

Как следствие, до сих пор практически не проводилась, во всяком случае – на систематической основе, привязка возобновляемых энергетических потоков к географической оболочке и её иерархическим единицам, к географическим природным и хозяйственным закономерностям, к природным зонам, ландшафтам, территориально-хозяйственным комплексам.  

В настоящее преобладают исследования потенциала отдельных возобновляемых источников (например, солнечной энергии, ветровой энергии) и развития возобновляемой энергетики определённого направления (солнечной, ветровой, биоэнергетики и др.) по земной поверхности. В качестве отправной точки при этом выступает сам источник энергии, а не территория с её природной и хозяйственной спецификой. Даётся ответ на вопрос: «Как энергия того или иного вида (солнечная, ветровая, др.) распределяется по территориям?»

Складывается ряд отдельных картин территориального распределения по каждому из ВИЭ.  Они могут быть совмещены и, в результате, могут быть выделены, например, территории с повышенным потенциалом сразу нескольких ВИЭ (например, одновременно высоким потенциалом солнечной, ветровой и биоэнергии).

Но это совмещение будет иметь несколько механический характер, выглядеть как простое совпадение, не дающее понимания географической подосновы данной территории, законов географической оболочки, природы и хозяйства, определяющих расширение или сужение спектра ВИЭ и мощность возобновляемых энергетических потоков на данной территории.

Географический подход, напротив, в качестве отправной точки использует территориальную единицу, территориальный природный и/или хозяйственный комплекс с определёнными условиями, и способен, отталкиваясь от анализа этих условий, дать ответы на вопросы: «Какие ВИЭ присутствуют на данной территории, как и почему территории различаются разнообразием и мощностью возобновляемых энергетических потоков?» 

Такой подход можно назвать географическим энерговедением или геоэнергетикой (проводя определённую аналогию с геополитикой – наукой о территориальных закономерностях, определяющих политическую жизнь государств, геоэнергетика – наука о территориальных закономерностях возникновения и существования энергетических потоков, а также энергетики на их основе). 

Отметим, что такая постановка вопроса имеет безусловный практический смысл в контексте выявления территорий с наиболее благоприятными условиями развития возобновляемой энергетики, для разработки программ регионального развития – в частности, энергетического.

Для ответа на данный вопрос необходимо использование всего накопленного географической наукой методологического арсенала и опорой, прежде всего, на уже сформулированные географические законы, связанные с природной зональностью, территориально-природными комплексами, территориальными социально-экономическими системами. Необходима опора на разработанные географами методики территориального анализа природных и хозяйственных условий. 

Ниже обозначены подходы к географическому осмыслению темы возобновляемых источников энергии, географическим закономерностям распределения возобновляемых энергетических потоков, разработке методологии выявления территорий с повышенным потенциалом и расширенным спектром ВИЭ с выявлением ряда таких территорий на макрорегиональном уровне.

Статья носит характер введения в проблематику. Детальные исследования территорий различного уровня   физико-географической и экономико-географической иерархии – задачи будущих этапов. 

2. ВИЭ как географические источники энергии, или энергетические потоки в географической оболочке

Общепринятое в настоящее время определение ВИЭ: «источники на основе постоянно существующих или периодически возникающих процессов в природе, а также жизненном цикле растительного и животного мира и жизнедеятельности человеческого общества» [1].

ВИЭ можно также определить как энергетические потоки географической оболочки (геосфер, ландшафтной оболочки). Более того,географическая оболочка представляет собой взаимосвязанный комплекс энергетических потоков. 

Основные обычно выделяемые виды ВИЭ следующие: 

— Солнечная энергия;

— Ветровая энергия;

— Гидроэнергия:

— энергия рек, или текучей речной воды;

— энергия океанических приливов;

— волновая энергия;

— Биоэнергия:

— естественный прирост биомассы (например, прирост древесины в лесу или торфяных слоёв)

— технические культуры (рапс, подсолнечник);

— отходы лесопереработки;

— отходы сельскохозяйственного производства;

— бытовые отходы;

-Геотермальная энергия:

— гидротермальная энергия – разогретых подземных вод и водяного пара;

— петротермальная энергия – тепло горных пород.

Возможно проведение какой-либо иной типологии или выделение каких-либо ещё видов энергии, но общими останутся два критерия:

1) Возобновляемый характер;

2) Привязка к определённым геосферам, слагающим географическую оболочку.

Также мы можем определить невозобновляемые энергетические ресурсы (ископаемые углеводороды и ядерное топливо) как геологические, а возобновляемые как преимущественно географические.

Между теми и другими следующие принципиальные различия:

Геологические (невозобновляемые, ископаемые) ресурсы присутствуют в литосфере, нередко на больших глубинах, и имеют эндогенное происхождение (хотя исходным сырьём для ископаемых углеводородов был, в том числе, и биогенный материал). Их появление связано с определёнными геологическими условиями, не повторяющимися в больших масштабах на коротких отрезках человеческой истории, исходя из чего их и относят к невозобновляемым.

Принципиально важно то, что наличие геологических ресурсов не обусловлено текущими природными условиями и их изменениями на поверхности Земли. Месторождения ископаемого топлива не привязаны к определённым климатическим поясам, природным зонам, ландшафтам.

Географические (возобновляемые) ресурсы, в свою очередь, присутствуют в географической оболочке, во всех геосферах на поверхности или в приповерхностных слоях Земли; имеют, как правило, экзогенное (внешнее) происхождение, воспроизводятся постоянно, их периодичность связана с текущими природными процессами и, как правило, подчиняется суточным или сезонным ритмам. Их виды и концентрация имеют непосредственную связь с данными природными условиями, с физико-географической зональностью, а, в ряде случаев, с биоресурсами и с особенностями хозяйства данной территории. В связи с этим, они, в отличие от геологических ресурсов, характеризуются и изменчивостью, обусловленной изменениями природных и хозяйственных условий.

Особняком стоит геотермальная энергия, занимающая промежуточное положение в данной классификации. Эндогенный характер происхождения объединяет её с геологическими, а возобновляемый характер и наличие определённой географической (геоморфологической) привязки – с географическими ресурсами.

3. Ведущие факторы возникновения возобновляемых энергетических потоков. Солнечная энергия, гравитационные и эндогенные процессы

Большинство возобновляемых источников энергии прямо или косвенно обусловлены солнечной энергией и являются производными от неё. Во-первых, это собственно солнечная энергия. Далее, неравномерность нагревания Солнцем поверхности Земли создаёт движение воздуха – ветровую энергию. В свою очередь, нагревание Солнцем поверхности Земли вызывает испарение воды и обусловливает круговорот воды в природе – таким образом, гидроэнергия водотоков — тоже результат действия солнечной энергии. То же можно сказать о волновой энергии – она является производной от ветровой, а ветровая, в свою очередь, производная от солнечной. Наконец, солнечный свет и тепло необходимы для существования и роста растений – прироста биомассы, или биоэнергии.

Таким образом, ветровую, гидроэнергию текучих вод, волновую гидроэнергию, биоэнергию мы можем считать первыми или вторыми производными от солнечной энергии.

Два вида возобновляемой энергии оказываются вне этой схемы – геотермальная и приливная. Геотермальная энергия определяется эндогенными процессами, обусловливающими выделение энергии из глубинных слоёв Земли. Кроме того, приливная энергия обусловлена гравитацией в системе Земля – Солнце – Луна.

В то же время, эндогенные процессы и гравитация играют свою роль и в возникновении других возобновляемых энергетических потоков.

Так, гравитацией – силой земного притяжения, обусловлено течение воды. Кроме того, энергия текучей воды зависит от перепада высот, или рельефа местности. В свою очередь, формирование крупных форм рельефа обусловлено, в первую очередь, эндогенными геологическими процессами – теми же, что создают и поток геотермальной энергии. 

 Наконец, без земного притяжения не было бы и атмосферы и, как следствие – ветровой энергии. Кроме того, силы вращения и притяжения Земли обусловливают определённый характер движения воздушных и океанических водных масс.

Гравитационное взаимодействие в Солнечной системе вызывает и изменение орбитальных параметров Земли, что играет ключевую роль и в изменениях параметров инсоляции, а отсюда – и изменения климата [2], характера движения воздушных и водных масс.

Также характер эндогенных процессов, протекающих в недрах Земли, в определённой степени обусловлен и гравитационными силами.

Таким образом, возобновляемые энергетические потоки в целом вызваны взаимодействием трёх ведущих факторов, или сил (рис. 1), своего рода триады:

1.Поступающего на Землю потока солнечной энергии.

2.Эндогенного энергетического потока, поступающего к поверхности Земли из её глубин.

3.Гравитации – силы притяжения Земли, а также Солнца и Луны и взаимодействие небесных тел в Солнечной системе.

4. Географическая оболочка, геосферы и возобновляемые источники энергии

Географическая оболочка определяется следующим образом: «целостная и непрерывная оболочка Земли, среда деятельности человека; охватывает нижние слои атмосферы, верхние толщи литосферы, почти всю гидросферу и всю биосферу»[3].

Она включает следующие сферы:

— Литосфера, или земная кора;

— Гидросфера – водная оболочка;

— Атмосфера – слой воздуха;

— Биосфера – совокупность живых организмов.

Выделяется также зона человеческой деятельности, определяемая как  антропосфера, техносфера, ноосфера. В настоящее время она пронизывает всю географическую оболочку, от нижних частей земной коры до верхних слоёв атмосферы.

Каждый возобновляемый источник энергии определяется взаимодействием перечисленных выше ключевых факторов, но привязан к своей геосфере (рис.2):

— Геотермальная энергия – к литосфере;

— Гидроэнергия – к гидросфере;

— Ветровая энергия – к атмосфере;

— Биоэнергия – к биосфере.

В свою очередь, каждая из геосфер – это не только некое вещество, но и энергетический поток; геосфера проявляет себя именно в движении слагающего его вещества.  

5. Географическая зональность и возобновляемые источники энергии. Привязка возобновляемых энергетических потоков к широтным географическим поясам и зонам

Географическая оболочка делится на пояса и зоны, различающиеся комплексом природных условий. В этом разделении ключевую роль играют два фактора:

Поток солнечной энергии, меняющийся в зависимости от угла наклона Солнца к поверхности Земли.

Характер подстилающей поверхности, прежде всего, крупнейшие формы рельефа: материки и океаны, равнины и горные системы.

Эти же факторы определяют возникновение и силу возобновляемых энергетических потоков. Природные пояса и зоны Земли различаются по мощности и характеру возобновляемых энергетических потоков (рис.3).

Выделяется также:

— Широтная зональность;

— Высотная поясность.

Рассмотрим вначале широтную составляющую природной зональности.

Здесь самым крупным является деление на климатические пояса, и различия между ними, прежде всего, в мощности потока солнечной энергии и его сезонного распределения.

Прежде всего, поток солнечной энергии, в зависимости от широты, определяемой углом наклона солнечных лучей, увеличивается от полюсов к экватору. Различия между годовым потоком солнечной энергии на единицу площади между экваториальным – более 2000, и арктическим – около 500 кВтч/м2 в год, четырёхкратны (рис. 4).

Не менее, если не более, важны, с точки зрения практического аспекта использования солнечной энергии, сезонные различия в поступлении солнечной энергии, минимальные в экваториальных широтах и максимальные – в полярных (рис. 5).

В экваториальном и субэкваториальном поясе сезонные колебания менее 20%, а уже на широтах от 400-500 разница в потоке солнечной энергии зимой и летом – в 6-8 раз, на широте 600 – примерно в 15 раз. В летние месяцы поток солнечной энергии в умеренном и даже субарктическом поясах практически не уступает экваториальному и тропическому, но в зимние он почти полностью отсутствует, что означает невозможность работы солнечных электростанций.

Также, что касается валового потенциала солнечной энергии и его распределения по широтам, то надо учитывать не только более высокую концентрацию солнечной энергии на единицу площади в более низких широтах, но и большую площадь самой поверхности Земли в низких широтах — между 450 с.ш. и 450 ю.ш. расположено более 70% площади всей земной поверхности и более 60% площади всей земной суши (включая Антарктиду), между  300 с.ш. и 300 ю.ш. – соответственно, 50% и 45%.

Фактические значения доступной к использованию солнечной энергии могут отклоняться от строгого широтного распределения в связи с факторами локального климата (количество безоблачных дней или часов в году) и высотной поясности, но, в целом, широта остаётся определяющим фактором.

Далее рассмотрим другие виды ВИЭ в их взаимосвязи с географической зональностью. Можно предположить, что, поскольку гидроэнергия, биоэнергия, ветровая энергия – производная от солнечной энергии, то с понижением широты, с движением от арктического к экваториальному поясу их потенциал тоже будет расти, поскольку более высокая солнечная радиация вызывает:

— более интенсивный нагрев и, как следствие, активное движение воздушных масс;

— рост испарения и, как следствие, большее количество осадков и большую полноводность рек, что означает более высокий гидроэнергетический потенциал реки;

— более высокую продуктивность биомассы.

С поправками, связанными со вторым фактором – характером подстилающей поверхности (см. выше), можно утверждать, что, в целом, это так.

В случае с ветровой энергией в тропических широтах формируются зоны стабильных ветров с достаточно высокой скоростью. Это, прежде всего, пассаты, дующие круглогодично со скоростями в приземной зоне, превышающими 5 м/с. Также это муссоны, ветры с сезонной изменчивостью

В то же время, существуют ещё две зоны повышенной ветровой энергии, хотя и проявляющиеся на сравнительно больших высотах, что затрудняет практическое использование для выработки энергии: в умеренном поясе между 400 и 600 широты — зоны западного переноса, и зоны полярной циркуляции в Арктике и Антарктике.

Что касается гидроэнергии, здесь также выражена зональность. При этом, зоны с максимальным на Земле количеством осадков привязаны именно к экваториальному и субэкваториальному поясам, и гидроэнергетический потенциал также максимален в низких широтах. В частности, более 18% всего мирового речного стока приходится на всего одну реку – Амазонку, далее ещё 9% в совокупности дают реки Конго, Янцзы и Ориноко.

В то же время, существуют отклонения, связанные с зонами степей, полупустынь, тропических и субтропических пустынь, где, в силу понятных причин, гидроэнергетический потенциал ниже, чем в более высокоширотных зонах умеренного пояса – где он, тем не менее, остаётся ниже, чем в экваториальном и субэкваториальном поясах. Но, в любом случае, распределение гидроэнергетического потенциала определяется, в первую очередь, зональными факторами циркуляции атмосферы.

Ситуация с биоэнергией сходна. Её количество определяется продуктивностью биомассы. И, в данном случае, также очевидно, что сочетание солнечной энергии и увлажнения ведёт к её росту и, также за исключением засушливых ареалов части умеренного, субтропического и тропического пояса, продуктивность биомассы растёт по направлению к низким широтам.

Далее, два таких вида возобновляемой энергии, как геотермальная и приливная, в данном случае, также требуют отдельного рассмотрения. Они не подчиняются законам географической широтной зональности.

В связи с этим, возможно разделение возобновляемых источников энергии на две категории:

1) Географически зональные – солнечная, ветровая, гидроэнергия рек, биоэнергия;

2) Географически азональные – геотермальная и приливная.

В то же время, распределение геотермальной и волновой энергии подчиняется определённым геолого-геоморфологическим факторам.

Повышенный энергетический поток из глубин на поверхность Земли связан, главным образом, с зонами молодой складчатости и повышенной тектонической активности: Тихоокеанское огненное кольцо, зона Альпийской складчатости, рифтовые зоны – Атлантическая и Восточно-Африканская.

В свою очередь, максимальная высота приливов и, соответственно, приливной энергии определяется рельефом и конфигурацией береговой зоны. В ряде случаев зоны повышенной геотермальной и приливной энергии совпадают; один из примеров – Камчатка.

Таким образом, геотермальная и приливная энергия являются объектом изучения географии, как минимум, в силу наличия геоморфологических критериев поиска мест, где их значения повышены.

6. Высотная поясность и возобновляемые источники энергии. Региональные, локальные и интразональные факторы подстилающей поверхности.

В данном случае определяющим фактором формирования возобновляемых энергетических потоков является не столько поясность в смысле смены растительных зон с высотой, а собственно горы, перепады высот, характер подстилающей поверхности. Для предгорных и горных районов характерен, как правило, рост концентрации возобновляемых энергетических потоков:

— Гидроэнергии — благодаря большим углам наклона поверхности; эффект усиливается в случае, если горы выступают орографическим барьером на пути влажных воздушных масс, что обусловливает рост водности потоков;

— Ветровой энергии — благодаря перепадам высот и связанным с ними изменениями ветрового режима;

— Солнечной энергии — благодаря увеличению прозрачности атмосферы;

Также, как отмечалось выше, предгорные и горные районы сопряжены, как правило, также с зонами повышенного геотермального потенциала.

Таким образом, предгорные и горные районы становятся зонами сгущения возобновляемых энергетических потоков, роста их разнообразия (диверсификации) и, как следствие, максимального интегрального потенциала ВИЭ.

Эти закономерности действуют до определённых гипсометрических уровней, выше которых, впрочем, возможен рост солнечного и ветрового потенциала, но возникает проблема его использования уже из-за труднодоступности территории. В качестве своего рода зон оптимума, или максимального сгущения возобновляемых энергетических потоков, можно рассматривать предгорные и горные территории в высотном диапазоне от 200-500 до 1000-2000 метров, в зависимости от локальных условий. 

В целом, на изменение потоков возобновляемой энергии влияет ряд факторов подстилающей поверхности, связанных со стыком природно-территориальных комплексов разного порядка, переходными зонами, интразональными условиями.

Одним из наиболее заметных примеров является прибрежная зона, обычно отличающаяся от внутриконтинентальной повышенной ветровой энергией и, в ряде случаев, высокими значениями приливной и волновой энергии.

Зона перехода от леса к степи также отличается ростом ветровой энергии (открытые пространства, уменьшение шероховатости поверхности). Кроме того, в этой зоне образуется своего рода локальный биоэнергетический оптимум благодаря комбинации уже достаточного потока солнечной энергии и ещё достаточного увлажнения (что означает и наличие некоторого гидроэнергетического потенциала). В свою очередь, обусловленное данным комплексом факторов развитие сельского хозяйства создаёт уже вторичные, антропогенные биоэнергетические потоки сельскохозяйственных отходов.

Далее, зоны и подзоны сухих степей, полупустынь и пустынь отличаются снижением потоков гидроэнергии и биоэнергии, но образуют местные солнечно-энергетические максимумы.

На региональном и локальном уровне, с открытыми и возвышенными пространствами сопряжён более высокий ветроэнергетический потенциал. 

Определённое локальное сочетание геолого-геоморфологических условий и увлажнения в лесной зоне благоприятны для формирования торфяных отложений (если рассматривать торф как возобновляемый источник энергии). 

В целом, на уровне природно-территориальных комплексов менее высокого порядка, чем планетарные пояса и зоны – подзон, ландшафтов, местностей, урочищ, формируются свои условия возникновения и сгущения тех или иных возобновляемых энергетических потоков. Это предмет более тонких детальных исследований.

7. Физико-географические критерии поиска и выявления территорий с максимальным потенциалом ВИЭ

В случае с оценкой потенциала возобновляемых энергетических потоков  следует учитывать два аспекта:

— Мощность энергетических потоков отдельных видов;

— Сочетание возобновляемых потоков разных видов, их диверсификация на данной территории.

Второе имеет особое практическое значение, исходя из того, что каждый отдельный ВИЭ, как правило, не отличается стабильностью, и необходимо их комбинирование использование.

Опираясь на изложенное выше, мы можем выделить три главных физико-географических фактора:

1. Широта местности.

2. Годовое количество осадков; влажность климата.

3. Рельеф, шире — характер подстилающей поверхности.

 Комбинация большого количества солнечной энергии, достаточного увлажнения, перепадов высот, а также в целом неоднородности подстилающей поверхности, наличие контактных и переходных зон между средами и между природно-территориальными комплексами создаёт области сгущения, фокусировки, «улавливания» энергетических потоков разных видов.

Такое сочетание обеспечивает одновременно повышенную мощность солнечных, ветровых, гидравлических потоков наряду с высокой биопродуктивностью и, в ряде случаев, наличием геотермальной энергии.

 На планетарном уровне мы можем определить такие области. Это, прежде всего, территории, отвечающие одновременно следующим критериям:

1.Находящиеся в низких широтах;

2.Предгорные и горные территории;

3.Отличающиеся высоким количеством осадков.

В качестве территорий, максимально отвечающих этим критериям, в мире можно выделить, в первом приближении: южные предгорья Гималаев, горные и предгорные районы Юго-Восточной Азии, Центральной и Южной Америки, Восточной Африки.

 В масштабах России в качестве такой зоны оптимума можно обозначить, прежде всего, предгорные районы Кавказа и, в большей или меньшей степени, весь южный предгорно-горный пояс от Крыма до Тихоокеанского побережья с максимальными значениями в Приморском крае.

 На локальном уровне можно выделять и территории, соответствующие не всем трём критериям. В частности, в России это Кольский полуостров с небольшими величинами поступающей солнечной энергии, но одновременно высоким гидроэнергетическим, ветровым и приливным потенциалом или Камчатка, где присутствует также геотермальный потенциал.

 Выявление мест, благоприятных для развития возобновляемой энергетики, требует более тонкого комплексного исследования характера подстилающей поверхности и её неоднородностей, а также детальных социально- и экономико-географических исследований, включающих расселение населения [5], специфику хозяйства, социальные и институциональные факторы.

8. География возобновляемой энергетики, физико-географические и экономико-географические факторы её развития

       Можно выделить три основных фактора развития мировой возобновляемой энергетики, имеющих географический характер:

1.Классическая связка мир-системного анализа «Центр – Периферия», возникновение инноваций в Центре и диффузия инноваций в страны Полупериферии и Периферии;

2.Наличие специфических экономико-географических и геополитических предпосылок к развитию возобновляемой энергетике в данной стране или регионе (например, дефицит собственных ископаемых энергоносителей);

3.Привязка к территориям с более благоприятными природными условиями.

В первом случае, речь идёт о технологически наиболее развитой «Триаде»: Северная Америка, Западная Европа и Япония. Эти страны с 1990-х играли ведущую роль в развитии возобновляемой энергетики в современном виде, прежде всего, ветроэнергетики и солнечной энергетики. Отметим, что в настоящее время лидерство перехватывает Китай – таким образом, идёт смещение технологического «Центра», в данном случае, в Восточную Азию.

 Иллюстрацией ко второму случаю может служить сравнение США и Западной Европы. В последней доля ВИЭ в энергобалансе существенно выше, и развитие возобновляемой энергетики идёт более высокими темпами. Это объясняется не более высоким по сравнению с США технологическим уровне Западной Европы, а политикой, в большей степени, акцентированной на развитии возобновляемой энергетики, что может объясняться разными причинами; в то же время, присутствует объективный фактор более высокого по сравнению с США риска дефицита энергоресурсов. То же можно сказать про Японию – страну с ресурсным дефицитом (практически отсутствующими ископаемыми энергоресурсами) и более высокой, чем в США, долей ВИЭ в энергетике.

Наконец, третий аспект – наличие, прежде всего, природных предпосылок, которые рассматривались выше, естественного потенциала возобновляемой энергетики.

География мировой возобновляемой энергетики рассматривалась нами ранее в [6, 7]. Здесь кратко отметим, что привязка генерации на основе ВИЭ к зонам с определённым природным условиям лучше всего видна на примере геотермальной энергетики, гидроэнергетики и биоэнергетики, где в число лидеров входит ряд стран «Полупериферии» и даже «Периферии» — Центральной и Южной Америки, Юго-Восточной Азии, Восточной Африки.

Менее отчётлива физико-географическая привязка в случае с солнечной и ветровой энергетикой, где лидерство по состоянию на начало 2020-х принадлежит Западной Европе, Китаю и США. В то же время, наблюдается тенденция к смещению центров роста в зоны с более благоприятными природными условиями. Особенно это заметно на примере солнечной энергетики, где крупнейшие проекты, начиная с 2015-2016 гг., реализуются в Индии и странах Ближнего Востока [8].

В данном случае, трудно разделить первый и третий факторы, поскольку диффузия инноваций идёт, в то же время, в страны, находящиеся в низких широтах и отличающиеся, в целом, более благоприятным физико-географическим комплексом условий использования ВИЭ. При этом, такие страны, как Индия, выходят и в число технологических лидеров. Вероятно, эти два фактора являются взаимно дополняющими.

Кроме того, обусловленность территориальной организации возобновляемой энергетики природными условиями прослеживается и для стран, находящихся в одной группе. В частности, Скандинавские страны безусловно лидируют в Европе (по относительным показателям – и в мире) по развитию гидроэнергетики, но там почти отсутствуют солнечно-энергетические мощности.

Также отметим, что природные условия и ресурсы могут стать определяющими и для направления экономического развития. Например, Австралия – часть Запада («Центра»), относящаяся к числу наиболее развитых стран. В то же время, её ресурсное богатство – в том числе, возобновляемыми энергоресурсами, направляет её на путь поставщика энергии для азиатских стран. В частности, в настоящее время заявлены крупные проекты поставок: электроэнергии, полученной от солнечных батарей, из Австралии в Сингапур [9] и аммиака, также получаемого при использовании солнечной и ветровой энергии [10].

Перспективы развития энергетики, в том числе возобновляемой, на XXI век, нами были обозначены в [11]. Наиболее перспективной, в этом смысле, также представляется зона низких широт. Следует начать с того, что в настоящее время между 300 с.ш. и 300 ю.ш. (страны Субсахарской Африки, Центральной и Южной Америки, Юго-Восточной и Южной Азии) по оценкам на 2021 год живёт почти 4 млрд. человек — более 50% мирового населения. По среднему прогнозу ООН, дальнейший рост мирового народонаселения почти полностью будет происходить за счёт этих стран; к 2050 году их население вырастет на 2 млрд. и составит уже 60% мирового. Максимальными темпами экономического роста и увеличением спроса на энергию будут также отличаться данные регионы. При этом, именно в них это увеличение может быть в наибольшей степени удовлетворено за счёт возобновляемых источников. Таким образом, мы наблюдаем схождение физико-географических и экономико-географических факторов развития возобновляемой энергетики в определённой широтной зоне.

Некоторые из этих территорий могут, как показывает пример Австралии, выступить и в качестве чистых экспортёров энергии, полученной из возобновляемых источников. Следует отметить, что такого рода примеры уже есть и в России. Так, в последние годы на первое место в душевом измерении и одно из первых в абсолютных величинах по установленным мощностям солнечных и ветровых станций в России стала Республика Калмыкия [12] на юге европейской части страны. Будущая выработка электроэнергии построенными и запланированными на ближайшие годы станциями на основе ВИЭ существенно превосходит потребности республики, что делает её потенциальным чистым поставщиком возобновляемой энергии в другие регионы страны.

9. Выводы

1.Возобновляемые источники энергии можно определить как энергетические потоки географической оболочки. Возобновляемые энергоресурсы привязаны к геосферам: гидроэнергия – к гидросфере, ветровая энергия – к атмосфере, биоэнергия – к биосфере, геотермальная – к литосфере. В связи с этим возобновляемые источники энергии могут именоваться географическими или геосферными. В этом качестве они являются, прежде всего, ключевым предметом исследования для географической науки.

2.Можно выделить три основных естественных фактора образования возобновляемых энергетических потоков: 1) солнечная энергия, 2) силы гравитации и 3) эндогенные процессы. В качестве четвёртого фактора, становящегося всё более значимым, можно выделить антропогенный или техногенный.

3.Большая часть возобновляемых энергетических потоков и энергоресурсов, включая ветровые, гидро- и биоэнергетические, являются производными от солнечной энергии.

4.Распределение большей части возобновляемых энергоресурсов подчиняется законам географической зональности – как широтной, так и высотной. Более того, природные пояса и зоны формируются возобновляемыми энергетическими потоками в географической оболочке.

 5.Существует тенденция увеличения возобновляемых энергетических потоков с понижением широты, по направлению от арктических и субарктических поясов к субэкваториальным и экваториальному.

6.Можно с определённой долей условности разделить возобновляемые энергоресурсы на: 1) географически зональные (солнечная, ветровая и волновая, гидро- и биоэнергия) и 2) географически азональные (геотермальная и приливная энергия).  Первая группа непосредственно связана с географической зональностью. Вторая группа отличается отсутствием привязки к географической зональности, но их наличие маркируется, в том числе, географическими (прежде всего, геоморфологическими) признаками.

7.Распределение возобновляемых энергоресурсов подчиняется сложным сочетаниям зональных, азональных и интразональных факторов, основные из которых: 1) солнечная энергия, 2) количество осадков, увлажнение, 3) характер подстилающей поверхности: рельеф и перепады высот, контакты между средами с разными свойствами и природно-территориальными комплексами разног порядка: суша – море, горы – равнины, переходы от лесных к открытым участкам, локальные повышения и понижения рельефа.

8.Комбинация данных факторов создаёт зоны сгущения, фокусировки, улавливания возобновляемых энергетических потоков, приводя к повышению их концентрации и росту разнообразия, диверсификации возобновляемых энергоресурсов.  Это, прежде всего, зоны с низкоширотным положением, в предгорьях, недалеко от морского побережья и с большим количеством осадков.

9.Фактическое развитие возобновляемой энергетики в мире определяется следующими факторами:

-Диффузия инноваций от «Центра» к  «Периферия» (понятие мир-системного анализа);

-Наличие специфических экономико-географических и геополитических предпосылок;

-Привязка к территориям с более благоприятными природно-зональными условиями.

10.Наблюдается тенденция к смещению производств энергии на основе возобновляемых источников в более низкоширотные регионы, в то же время, активнее развивающиеся экономически.

11.Выявление территорий, благоприятных для развития возобновляемой энергетики, на региональном и локальном уровне требует комплексного изучения подстилающей поверхности, детальных социально- и экономико-географических исследований с привлечением методологии, разработанной географической наукой и её направлениями, включая геоморфологию, ландшафтоведение, комплекс гидрометеорологических и экономико-географических дисциплин.

12.При географическом подходе к изучению потенциала возобновляемых источников энергии предметом исследования является территория с определённым комплексом природных и хозяйственных условий, исходя из которых выявляется спектр и величина возобновляемых энергетических потоков и возможностей их использования.  Такой подход может быть обозначен как геоэнергетика или географическое энерговедение.   

Литература

  1. Безруких П.П. и др. Справочник по ресурсам возобновляемых источников энергии России и местным видам топлива (показатели по территориям) // М.: «ИАЦ Энергия», 2007 – 272 с., С.4. 
  2. Фёдоров В.М. Солярная теория изменений климата // Окружающая среда и энерговедение. —2021. —№2. — С.78-95.
  3. Географический энциклопедический словарь : Понятия и термины / Гл. ред. А. Ф. Трешников. — М. : Сов. энцикл., 1988. — 431,[1] с., [17] л. ил., карт. 
  4. Стребков Д.С.. Физические основы солнечной энергетики. Физические основы солнечной энергетики // Под ред. д.т.н. Безруких П.П. – М.: ФГБНУ ВИЭСХ, 2015. – 160 с.; стр.96.
  5. Дегтярев К.С. Расселение сельского населения как экономико-географический фактор эффективности малой автономной возобновляемой энергетики // Окружающая среда и энерговедение. — 2019. — №4. —С.28-45.
  6. Дегтярев К.С. Географические факторы развития возобновляемой энергетики // Журнал «С.О.К. Cантехника. Отопление. Кондиционирование». (Москва, издатель ИД «Медиа Технолоджи). — 2015. — № 6. — С. 86–95. 
  7. Дегтярев К.С., Берёзкин М.Ю. Географические особенности развития возобновляемой энергетики // География и рациональное использование возобновляемых источников энергии / Под редакцией А.А. Соловьева. Коллективная монография. – М.: ИД «Энергия», 2019. – 288 с., с.139-145.
  8. Дегтярев К.С. Возобновляемая энергетика: Крупнейшие мировые проекты. Лекция // Лекторий Русского географического общества, 27.01.2021. URL: https://clck.ru/XToHP.
  9. Стребков Д.С. Источники и способы передачи энергии – глобальные решения // Окружающая среда и энерговедение. —2021. —№1. — С.52-59.
  10. Ewing R. Green ammonia mega project announced for Australia. 2021/07/13. URL: https://clck.ru/XTpdn.
  11. Дегтярев К.С. Ключевые тенденции потребления энергии в XXI веке // Энергетическая политика. — 2021. — № 5. — С. 54–63.
  12. Дегтярев К.С. Возобновляемая энергетика в Калмыкии в 2017–2021 гг. – особенности развития // Сантехника, отопление, кондиционирование. — 2021. — № 4. — С. 68–71.

References

  1. Bezrukih P.P. i dr. Spravochnik po resursam vozobnovlyaemyh istochnikov energii Rossii i mestnym vidam topliva (pokazateli po territoriyam) // M.: «IAC Energiya», 2007 – 272 s., S.4. 
  2. Fedorov V.M. Solar theory of climate change // Journal of Environmental Earth and Energy Study. —2021. —№2. — P.78-95.
  3. Geograficheskij enciklopedicheskij slovar’ : Ponyatiya i terminy / Gl. red. A. F. Treshnikov. — M. : Sov. encikl., 1988. — 431,[1] s., [17] l. il., kart.
  4. Strebkov D.S.. Fizicheskie osnovy solnechnoj energetiki. Fizicheskie osnovy solnechnoj energetiki // Pod red. d.t.n. Bezrukih P.P. – M.: FGBNU VIESKH, 2015. – 160 s.; str.96.
  5. Degtyarev K.S. Settling of rural population as the economy-geographical background for efficiency of small-scaled autonomous renewable energy systems // Journal of Environmental Earth and Energy Study. — 2019. — №4. —P.28-45.
  6. Degtyarev K.S. Geograficheskie faktory razvitiya vozobnovlyaemoj energetiki // ZHurnal «S.O.K. Cantekhnika. Otoplenie. Kondicionirovanie». (Moskva, izdatel’ ID «Media Tekhnolodzhi). — 2015. — № 6. — S. 86–95.
  7. Degtyarev K.S., Beryozkin M.YU. Geograficheskie osobennosti razvitiya vozobnovlyaemoj energetiki // Geografiya i racional’noe ispol’zovanie vozobnovlyaemyh istochnikov energii / Pod redakciej A.A. Solov’eva. Kollektivnaya monografiya. – M.: ID «Energiya», 2019. – 288 s., s.139-145.
  8. Degtyarev K.S. Vozobnovlyaemaya energetika: Krupnejshie mirovye proekty. Lekciya // Lektorij Russkogo geograficheskogo obshchestva, 27.01.2021. URL: https://clck.ru/XToHP.
  9. Strebkov D.S. Istochniki i sposoby peredachi energii – global’nye resheniya // Journal of Environmental Earth and Energy Study. —2021. —№1. — P.52-59.
  10. Ewing R. Green ammonia mega project announced for Australia. 2021/07/13. URL: https://clck.ru/XTpdn.
  11. Degtyarev K.S. Klyuchevye tendencii potrebleniya energii v XXI veke // Energeticheskaya politika. — 2021. — № 5. — S. 54–63.
  12. Degtyarev K.S. Vozobnovlyaemaya energetika v Kalmykii v 2017–2021 gg. – osobennosti razvitiya // Santekhnika, otoplenie, kondicionirovanie. — 2021. — № 4. — S. 68–71.