О методах и методиках адекватного сравнения энергетической и экологической эффективности мегаполисов мира

Задачи адекватного сравнения климатической (энергоэкологической) эффективности крупных мегаполисов не только не теряет актуальности, напротив, безоглядное применение условно расчетных показателей выбросов парниковых газов (без учета водяного главного парникового газа - пара) в мифических зонах охвата крупных агломераций не дает никакого понимания сути происходящих в городах процессов, реальной энергоэкологической эффективности городского метаболизма, и соответственно, выработки действенных мер повышения эффективности.

Известен ряд источников, с помощью которых можно анализировать уровень метаболизма городов: топливно-энергетические балансы городов и регионов, данные государственной статистики по выработке и потреблению энергии, научно-технические публикации, независимые базы данных различных экспертных организаций и университетов. Ключевым моментом является достоверность источника данных и корректность приводимой информации. К примеру, ресурс CDP Cities, States and Regions Open Data Portal [1] имеет огромную базу данных по городам мира, включая информацию о видах источниках генерации электрической энергии. При этом, исходя из данных неочевидно, составлен ли баланс, на основании установленной мощности электростанции или их годовой выработки.

При сравнении баланса с государственной статистикой, к примеру, для городских агломераций Торонто [2] или Нью-Йорк [3], можно заключить, что представленные в [1] соотношения характерны именно для установленной мощности, тогда как КИУМ возобновляемых источников энергии не так высок (обычно 10 – 20 %), а доля в объеме вырабатываемой энергии существенно уступает доли в установленной мощности (рис. 1 и рис. 2).

Подобные аспекты необходимо учитывать для адекватной оценки реальных перспектив декарбонизации российской энергетической отрасли, потому как города Северной Америки могут рассматриваться в качестве примеров (как удачных, так и неудачных) реализации стратегии углеродной нейтральности с переходом на возобновляемые источники энергии в силу схожих климатических, энергетических и экономических особенностей Российской Федерации, Канады и США.

 

а) Баланс по установленной мощности электростанций, %	б) Баланс по выработке электроэнергии, %
	Демографические показатели [4]:
	Население, чел.	6 837 000
	Площадь, кв. км	2 344
	Плотность населения, чел./кв. км	2 917
	Энергетические показатели [2]:
	Установленная мощность источников, ГВт	40
	Годовая выработка, тыс. ГВт·ч	156,6
	Целевое значение эмиссии парниковых газов в 2050 г. к уровню 1990 г., %	20
в) КИУМ, %	г) Справочные данные

Рисунок 1 – Энергетический профиль городской агломерации Торонто (Торонто-Гамильтон-Ошава), 2018 г.

 

а) Баланс по установленной мощности электростанций, %	б) Баланс по выработке электроэнергии, %
	Демографические показатели [4]:
	Население, чел.	21 396 000
	Площадь, кв. км	11 344
	Плотность населения, чел./кв. км	1 886
	Энергетические показатели [3]:
	Установленная мощность источников, ГВт	44,2
	Годовая выработка, тыс. ГВт·ч	131,6
	Целевое значение эмиссии парниковых газов в 2050 г. к уровню 2005 г., %	20
в) КИУМ, %	г) Справочные данные

Рисунок 2 – Энергетический профиль городской агломерации Нью-Йорк, 2019 г.

 

Электронный ресурс Metabolism of Cities [5] обладает обширной базой статистики потребления топливно-энергетических ресурсов городами за последние 20 – 25 лет с указанием источника информация (как правило, научные публикации в международных рейтинговых журналах). На рис. 3 – 6 представлены данные по динамике потребления энергии, воды и объему захоронения отходов крупнейшими городами мира, построенные на основании ресурса Metabolism of Cities. Из российских городов в данной выборке присутствует только г. Москва, как единственный населенный пункт в стране с населением свыше 10 млн. человек. Стоит отметить, что для г. Москвы наблюдается самое значительное снижение потребления воды в период 2001 – 2011 гг. (-46 %) по сравнению с другими городами, большинство из которых отметились существенным приростом по данному показателю. При этом рост потребления энергии российской столицей за рассматриваемый промежуток времени составил +26 %.

 

Рисунок 3 – Динамика потребления энергии стационарными источниками, % 2001 – 2011 гг.

 

Вместе с тем необходимо отметить, что расчеты топливно-энергетических балансов Москвы не совсем подтверждают эти международные данные по росту общего и удельного потребления энергии Московским мегаполисом в указанное десятилетие.

 

Рисунок 4 – Динамика потребления энергии транспортом, % 2001 – 2011 гг.

 

Рисунок 5 – Динамика потребления воды, % 2001 – 2011 гг.

 

Рисунок 6 – Динамика захоронения отходов, % 2001 – 2011 гг.

 

Специалисты Технического университета Онтарио составили схожую базу данных по крупнейшим городам мира [6]. В табл. 1 приведены выборочные демографические, энергетические и экологические показатели, причем для более корректного сравнения приняты данные за 2011 г., т.к. они имеются для всех городов в вышеназванной базе данных.

Важно внести следующие пояснения касаемо данных в табл. 1:

- графа «Общее потребление энергии» включает как потребление топлива стационарными источниками, так и транспортом;

- графа «Потребление воды» включает суммарное потребление воды городом на все нужды;

- плотность населения рассчитывалась при отнесении на урбанизированную, а не полную площадь города;

- все удельные показатели рассчитывались авторами самостоятельно на основании базы данных [6].

Вместе с тем понято, что даже такой набор показателей не дает нам полного представления об интенсивности городского метаболизма, особенностях входных и выходных потоков, процессах их интеграции и увзаимоувязки и др. В частности, нужно отметить, что Москва в целом потребляет значительно меньше электроэнергии, чем зарубежные мегаполисы в разных климатических условиях (что безусловно ограничивает ее поступательное социально-экономическое развитие), при этом модные зарубежные тренды «дерегулирования», «дижитализации», масштабного использования НВИЭ и водорода не сильно применимы в наших условиях.

 

Таблица 1 – Основные показатели крупнейших городов мира [6]

Город	Население, чел.	Общая площадь, км2	Урбаниз. площадь, км2	Плотн. населения, чел./км2	Удел. площадь строений, м2/чел	Потребл. электроэн., ГВт×ч	Общее потребл. энергии, ТДж	Удел. потребл. электроэн., кВт×ч/чел	Удел. потребл. энергии, ГДж/чел	Потребл. воды, млн. л.	Удел. потребл. воды, тыс. л./чел
Пекин	20 186 000	16 411	3 377	5 977	40,12	80 686	1 399 001	3 997	69	4 150 800	206
Буэнос-Айрес	12 806 866	3 209	2 477	5 170	-	34 170	688 758	2 668	54	2 186 931	171
Каир	20 495 461	17 393	1 573	13 030	-	30 897	381 568	1 508	19	2 969 258	145
Дели	16 753 235	1 483	1 113	15 052	4,05	21 700	230 222	1 295	14	1 408 500	84
Дакка	15 616 562	1 860	911	17 142	8,09	9 671	396 926	619	25	698 930	45
Гуанчжоу	12 751 400	7 434	-	-	28,99	63 120	1 151 337	4 950	90	7 576 491	594
Стамбул	13 483 052	5 461	5 343	2 523	11,05	38 249	500 195	2 837	37	972 023	72
Джакарта	9 786 372	662	556	17 601	-	35 061	379 645	3 583	39	305 684	31
Карачи	15 500 000	3 527	2 000	7 750	25,89	20 690	317 424	1 335	20	529 900	34
Калькутта	14 112 536	1 887	185	76 284	-	12 383	68 874	877	5	1 382 919	98
Лагос	20 546 999	2 798	1 000	20 547	-	1 600	609 390	78	30	953 924	46
Лондон	8 173 941	1 595	560	14 596	28,39	39 945	713 403	4 887	87	707 266	87
Лос-Анджелес	9 889 000	10 517	-	-	70,00	63 898	1 028 785	6 462	104	3 660 000	370
Манила	11 855 975	636	636	18 641	29,80	49 762	556 932	4 197	47	1 248 090	105
Мехико	8 851 080	1 495	792	11 176	-	13 667	421 394	1 544	48	1 122 400	127
Москва	11 503 501	1 080	737	15 609	-	51 954	1 686 440	4 516	147	1 496 000	130
Мумбаи	12 478 447	603	-	-	-	12 952	107 049	1 038	9	2 070 234	166
Нью-Йорк	22 214 518	-	-	-	-	148 682	2 825 895	6 693	127	10 916 722	491
Осака	17 089 000	-	-	-	55,44	141 335	1 296 336	8 271	76	2 513 774	147
Париж	11 852 851	12 011	2 535	4 676	80,23	68 215	749 196	5 755	63	1 712 297	144
Рио-де-Жанейро	11 909 897	5 328	1 084	10 987	-	33 241	335 322	2 791	28	1 587 242	133
Сан-Паулу	19 822 559	7 947	1 958	10 124	-	53 830	575 582	2 716	29	2 004 998	101
Сеул	10 528 774	606	363	29 005	58,59	46 903	815 311	4 455	77	1 150 338	109
Шанхай	23 474 600	6 340	-	-	41,79	126 913	2 118 862	5 406	90	9 749 000	415
Шэньчжень	10 467 400	2 020	1 992	5 255	-	69 606	357 514	6 650	34	2 005 265	192
Тегеран	12 183 391	18 900	1 390	8 765	-	24 691	1 110 806	2 027	91	1 111 734	91
Токио	35 622 000	-	-	-	48,39	240 783	2 561 871	6 759	72	4 186 440	118

 

Москва в 2010-2020 совершила значительный рывок в своем развитии (кратного роста ВВП) опираясь на «энергетический переход», осуществленный энергетическим комплексом города. Рост города более чем на треть по объему недвижимости произошел практически без роста потребления топлива, при этом электропотребление выросло всего на 7-8%, теплопотребление – примерно на 1,5%.

За истекшие период 2009-2023 гг реализованы ключевые меры и предложения Концепции развития энергетики Московского региона 2007 г., Энергетической стратегии Москвы 2009 и 2013 гг., комплексной целевой программы «Энергосбережение в г. Москве в 2009-2011 и на период до 2020 г.», что привело к значительному роста энергетической и экологической эффективности энергетики города, кратному снижению уязвимости (и соответствующих ущербов) от климатических изменений. При этом большинство сделанных в 2008-2011 прогнозов роста тепло- и электропотребления г. Москвы в 1,5-1,8 раза, полностью не оправдались, поскольку город успешно реализовал ключевые резервы повышения эффективности энергоисточников, в сетевом хозяйстве, у потребителей, и определенного системного характера (переключение тепловой нагрузки от котельных на ТЭЦ).

 

Источники

[1] CDP Cities, States and Regions Open Data Portal, электронный ресурс: https://data.cdp.net/, дата обращения 25.01.2024.

[2] Canada Energy Regulator, электронный ресурс: https://www.cer-rec.gc.ca, дата обращения 25.01.2024.

[3] U.S. Department of Energy, электронный ресурс: https://www.energy.gov, дата обращения 25.01.2024.

[4] Demographia World Urban Areas. 2023, электронный ресурс: http://www.demographia.com/db-worldua.pdf, дата обращения 25.01.2024.

[5] Metabolism of Cities, электронный ресурс: https://metabolismofcities.org/, дата обращения 25.01.2024.

[6] Ontario Tech University. Energy and material flows of megacities, электронный ресурс: https://ontariotechu.ca/, дата обращения 25.01.2024.

 

 

 

Фото на обложке: Unsplash / Aleksandr Popov