Новости

06.09.2018

Возможные роль и место энергетики ВИЭ в электроэнергетической отрасли России

Копылов Анатолий – к.э.н., генеральный директор Акта Консалт

Что дальше делать с развитием ВИЭ в стране: продолжить программу поддержки или свернуть? А если продолжать, то как и для чего? Насколько оправданы страхи перед быстрым ростом доли ВИЭ в энергосистеме, чего ждать системному оператору? Какая доля ВИЭ в энерго-балансе России может сложиться и почему столько? ВИЭ будут дешеветь и дальше? Ответы на эти вопросы с точки зрения позиции автора – в настоящей статье.
 
В течение 2017 и в первой половине 2018 гг. в стране развернулась достаточно бурная дискуссия о перспективах развития энергетики на основе ВИЭ в России в рамках уже новой программы её поддержки. Уже можно резюмировать предварительные итоги обсуждения с точки зрения набора аргументации. В приведённых ниже перечнях мы перечисляем, может быть даже, скорее, «обозначаем» основные из этих аргументов, не пытаясь ещё раз бросаться в атаку и детально их анализировать.

 

Предложения «за» развитие энергетики ВИЭ и продление программы её поддержки в России:
  1. Развитие энергетики на основе ВИЭ – мировой тренд и мы не можем его пропустить или дальше отставать;
  2. Продлить программу поддержки можно, но на других принципах поддержки, в основном, за счёт мер промышленной политики;
  3. Программу поддержки можно продлить, но в уменьшающихся масштабах;
  4. Программу поддержки необходимо продлить, в расширяющихся масштабах;
  5. Программу поддержки необходимо продлить, потому что если её не продлить, то уже возникшая отрасль производства оборудования для неё просто «загнётся».

Предложения «против» развития энергетики ВИЭ и продления программы её поддержки в России:

  1. Продлевать программу поддержки ВИЭ не надо, хватит того, что уже создали и начали строить. Типа «поиграли и хватит»;
  2. Раз уже есть какое-то локальное производство оборудования для энергетики на основе ВИЭ, значит программа выполнена, её задачи решены;
  3. Слишком дорого обходится стране и потребителям развитие ВИЭ, лучше подождать пока технологии станут дешевле и потом «вступить» в игру;
  4. Следует дождаться достижения сетевого паритета по ценам на энергию ВИЭ и традиционной генерации.

Обычно в противодействии развитию ВИЭ в России подозревают нефтяное и газовое лобби, но, по мнению автора, в нашем российском случае это не так. Основное противодействие оказывает «свой брат» – энергетик, представленный двумя основными группами: крупными потребителями и представителями традиционной генерации. У первых в спорах о ВИЭ очевидно превалируют узко-корпоративные интересы (меньше платить за электроэнергию на оптовом рынке электроэнергии и мощности), прикрываемые «заботой о конечном потребителе». Вторая группа противников ясно воспринимает ВИЭ как угрозу своему устоявшемуся бизнесу. И в этой связи возникает вопрос, а оправданны ли опасения этих людей относительно места и роли традиционной тепловой генерации в будущей картинке российской электроэнергетики?

Подавляющее большинство специалистов и экспертов согласны с принципиальным положением, что дальнейшее развитие электроэнергетики в средне- и долгосрочной перспективе будет происходить под влиянием трёх основных факторов: ВИЭ, новые системы аккумулирования энергии и распределённая генерация. Понятно, что в разных странах эта совокупность факторов может дополняться своими национальными или региональными: наличие или отсутствие существенных запасов углеводородов, отсутствие некоторых ресурсов ВИЭ в больших объёмах или, наоборот, их избыток, климатические особенности, сложившаяся структура генерации, темпы роста энергопотребления и проч., но ни одна страна не сможет избежать воздействия упомянутых выше первых трёх. Этот вывод справедлив также и по отношению в самым большим национальным энергосистемам: американской, китайской, российской, японской и др.

 

Применительно к России все эти факторы также действуют, но в данной статье мы хотели бы подробнее рассмотреть только один из них – ВИЭ и его влияние на будущую электроэнергетику страны, понимая в то же время взаимосвязь ВИЭ также и с другими факторами развития энергосистем.
 
Глобальное развитие энергетики на основе ВИЭ вышло ещё к 2011 г. на плато ежегодных инвестиций примерно в $300 млрд, ± $15-20 млрд в год, обгоняя инвестиции во все остальные виды ресурсов, включая нефть. 2 августа 2018 г. BNEF сообщил в очередном обзоре, что мир примерно за 17 последних лет с 2000 г. увеличил объём установленной мощности ВИЭ в 65 раз (в 4 раза за период 2010-2018 гг.) и достиг к середине 2018 г. суммарной установленной мощности генерации ВИЭ (доля ВЭС – 54%, СЭС – 46%) в 1,013 ТВт, что потребовало, примерно, $2,3 триллиона капиталовложений. По мнению BNEF следующий 1 ТВт ВЭС+СЭС (109 МВт) будут добавлены уже к середине 2023 г. и потребуют на 46% меньше капитала [1]. А как можно оценить состояние дел в России?
 
Во-первых, на начало 2016 г. было, в основном, завершено формирование российской системы поддержки ВИЭ, как на оптовом, так и на розничном рынках, начатое ещё в 2008 г. Принятые в 2013 и 2015 гг. нормативные акты правительства и регламентирующие документы НП «Совет рынка» сформировали более или менее целостную систему, закрывающую почти все сектора и виды генерации на основе ВИЭ. Можно сказать, что исключениями из типов генерации на основе ВИЭ на сегодняшний день остаются: геотермальная энергетика, микрогенерация в условиях отдельных домохозяйств (малые ветрогенераторы для домов и небольших фермерских хозяйств, панели на крышах домов и т.д.), производство тепла на основе ВИЭ, а также поддержка пока всё ещё экзотических волновой и приливной энергетики. Хотя в Федеральном законе от 26.03.2003 № 35-ФЗ «Об электроэнергетике» ещё с 2008 г. все эти виды энергоресурсов относятся к возобновляемым, но отсутствие необходимых нормативных документов и решений правительства о них не позволяет решить вопрос с их эффективным использованием в энергетике.
 
Принятая в стране система поддержки построена на основе методологических принципов, которые на момент их предложения в 2007-2008 гг. могли и не считаться наиболее актуальными, но на сегодняшний день они чётко укладываются в основные тренды развития систем поддержки ВИЭ в мире. Мы относим к этим основным трендам следующие:
  • Вывод генерирующих объектов ВИЭ на энергорынки своих стран для целей купли-продажи их электроэнергии в рынке и снижение таким образом ценовых искажений на рынках;
  • Контроль объёмов вводов генерирующих объектов по технологиям;
  • Контроль уровня общественно-необходимых затрат на реализацию проектов ВИЭ;
  • Конкурсный характер отбора проектов для поддержки и для установления уровня такой поддержки по проектам на основе расширения использования тендерных процедур;
  • Договорная система реализации инвестиционных обязательств и встречных обязательств по поддержке проектов, контроль за соблюдением всех условий этих договоров;
  • Жёсткие штрафные санкции за неисполнение условий реализации проектов и исполнения договоров. 
Основная претензия, предъявляемая к системе поддержки ВИЭ в России состоит в использовании рынка мощности ОРЭМ как источника средств для поддержки отобранных проектов. Этот рынок не предназначен для поддержки чего-либо и включение поддержки ВИЭ в его механизм нарушает чистоту его работы. Мы не будем спорить, формально это в значительной степени выглядит так, однако с экономической точки зрения этот факт не имеет принципиального значения, т.к. рынок мощности всё равно остаётся частью оптового рынка и таким образом вполне может служить источником поддержки. Сбор денег не на рынке мощности, а, например, на РСВ мало что поменял бы в методологии системы поддержки и её экономике.
 
Во-вторых, система поддержки ВИЭ в России сумела доказать устойчивость своих методологических принципов и гибкость, когда начиная с середины 2014 г. и в течение 2015-2016 гг. в России произошло существенное изменение многих принципиальных условий развития экономики и, соответственно, условий осуществления инвестиционных проектов возобновляемой энергетики. В систему были внесены необходимые корректировки, и она продолжила своё функционирование.
 
В-третьих, появилась новая подотрасль в электроэнергетике: производство энергии ВИЭ на основе энергии солнца и ветра, биогаза и свалочного газа, геотермальных ресурсов и биомассы, начато возрождение отрасли малых ГЭС на новом витке развития и станций на основе сжигания ТКО. У этих новых отраслей есть краткосрочная перспектива до конца действия программы поддержки: ветер – до 3351 МВт, солнце – до 1759 МВт, МГЭС – до 425 МВт.
 
В-четвёртых, в стране сформировалось российское производство современных солнечных панелей: 2 завода, объявлены планы по строительству третьего. Идёт быстрая подготовка к запуску производственных мощностей в ветроэнергетике: проект группы Росатома, СП компаний Фортум, Роснано и Вестас. Заявлены планы Сименс-Гамеса (SGRE) по локализации своих ветряков. Идёт подготовка проектов на основе сжигания ТБО с использованием местного оборудования.
 
Понятно, что те объёмы генерирующей мощности, которые появятся в России по итогам реализации программы её поддержки в 2013-2024 гг. не смогут кардинально изменить структуру российской электроэнергетики. Эти первые тысячи мегаватт установленной мощности должны будут подтвердить или, наоборот, опровергнуть расхожие умствования относительно возобновляемой энергетики в энергосистеме: 
  1. Использование ВИЭ снижает надёжность энергосистемы за счёт неравномерности выработки (по режиму природы) и необходимости вводить в неё дополнительные генерирующие мощности для балансирования энергосистемы в этом случае;
  2. ВИЭ дОроги и существенно увеличивают нагрузку на потребителей.
Влияние переменной выработки ветростанций и солнечных станций на состояние энергосистемы и взаимосвязь мощности генерации ВИЭ и балансирующих мощностей в энергосистеме являются дискуссионными темами уже на протяжении десятилетий. С одной стороны, до сих пор ещё можно услышать в дискуссиях утверждение, что «каждый мегаватт новой мощности ветростанций требует включения в энергосистему такого же мегаватта газовой генерации». Однако когда начинаешь разбирать данное «требование» со специалистами, то выясняется, что, во-первых, это явное преувеличение и, во-вторых, современная практика управления работой энергосистем с большой долей переменной выработки ветростанций и солнечных станций не подтверждает этого[2] и, наоборот, подтверждает, что даже сейчас при сложившейся структуре генерации может эффективно обеспечивать стабильную работу энергосистем с долей выработки ВЭС и СЭС близкой к 100%. Кроме того, выясняется, что не только возобновляемая, но и традиционно считающаяся «базовой» атомная энергетика нуждается в специальном резервировании.
 
Вставка: Москва. 10 августа. INTERFAX.RU – Белоруссия собирается построить 800 МВт газовой генерации, которая должна стать резервом для первого блока строящейся Белорусской АЭС (БелАЭС), средства на это может дать Евразийский банк развития (ЕАБР), а его партнером по строительству является ГК «Росатом», пишет «Коммерсантъ» [3].
 
При обсуждении необходимости резервирования генерации на основе ВИЭ обычно говорят о необходимости расширения использования батарей нового поколения, как одной из возможных подсистем аккумулирования энергии необходимых для выравнивания неравномерности выработки ВЭС и (или) СЭС. Однако здесь сразу возникает два важных вопроса: (1) как долго смогут батарейные системы обеспечивать нормальную работу энергосистемы в случае очень слабого ветра или облачной погода для СЭС, (2) сколько будут стоить такие системы промышленного масштаба? На сегодняшний день цена 1 кВт·ч электроэнергии батарейных систем составляет примерно $200 (см. рисунок 1).
Рисунок 1. Тренд изменения средних цен электроэнергии с литий-ионных батарей, $кВтч, в долл. 2017 г.
 
Далее говорят о необходимости строить одновременно с солнечной и ветровой генерацией газовую и угольную, способную «поддержать» систему, когда не будет ветра или солнца или и того и другого. С нашей точки зрения при обсуждении проблем резервирования новой генерации ВИЭ следует иметь в виду два важных обстоятельства. Во-первых, энергосистемы давно научились эффективно компенсировать неравномерности потребления энергии (облака днём над Москвой означают необходимость быстро подключения дополнительных примерно 300 МВт мощности) и обычно говорят не о балансировании какой-то одной технологии, например, ВЭС, а о балансировании всей энергосистемы в целом или её большой региональной части. В этом случае переменная выработка ВЭС или СЭС будет как отрицательная мощность в системе. Понятно, что речь в этом случае идёт об относительно небольшой доле переменной генерации ВИЭ в балансе энергосистемы или региона. В случае существенного увеличения этой доли возникают другие условия и обстоятельства системной надёжности такой генерации.
 
Если мы говорим о территориально распределённых энергосистемах большого масштаба, то, скорее всего, и мощности генерации на основе ветра и солнца также будет в той или иной степени распределены по территории. Конечно, это не исключает определённых перекосов, как например, в Германии, где основные мощности ветрогенерации сосредоточены в северо-восточных землях страны и поэтому встаёт задача транспортировки излишков их энергии в другие регионы с высоким энергопотреблением, в первую очередь, на юг страны. В частности, в той же Германии эта задача решается не только за счёт строительства новых больших линий электропередач с севера на юг, но и за счёт использования мощностей других стран (Польши, Чехии, например) для балансирования своих собственных перекосов и перетоков мощности. 
 
То есть, важным условием безопасного включения переменной выработки ВЭС или СЭС в энергосистему является её масштаб, величина территории и потенциальная возможность её поддержки за счёт других энергосистем или других её фрагментов. В этом случае потребность в дополнительном резервировании генерации на основе ВИЭ будет снижаться в том числе, за счёт перекрытия снижения (повышения) выработки одних станций на основе ВИЭ соответствующим повышением (снижением) выработки других станций, расположенных в других сегментах энергосистемы или на других её территориях.
 
Второе важное обстоятельство при рассмотрении проблемы резервирования и безопасности включения генерации на основе ВИЭ в энергосистему заключается в постоянном повышении технологического совершенства ветроагрегатов и в расширении используемых мер самостоятельного регулирования выработки. На сегодняшний день в ветроэнергетике используется несколько технологических решений, решающих эту задачу.
 
  1. Системы контроля скорости вращения ротора. Имеются две принципиальных схемы регулирования скоростей вращения ротора в зависимости от скорости воздушного потока: система контроля вращения ротора (stall control) и система управления углом атаки лопастей ротора (pitch control) путем их поворота и «подрулирования». Кроме того, используются механические коробки передач между валом ветроколеса и ротором генератора.
  2. Системы прогнозирования характеристик набегающего потока воздуха в режиме реального времени с помощью встроенного в головную часть ротора лазера, «простреливающего» воздушные потоки, набегающие на ветроколесо. На основании полученных характеристик воздушного потока система управления ветроагрегатов поворачивает лопасти заранее на тот угол атаки, который позволит максимально использовать энергию набегающих потоков ветра. Это усовершенствование позволяет увеличить выработку ветрогенератора на 5-6% за счёт более ранней подготовки ветроколеса к особенностям потока ветра по сравнению с традиционными моделями, в которых корректировка угла атаки происходит post factum.
  3. Использование генераторов с переменной полярностью (зависит от типа соединения магнитов статора), в которых генератор может работать с различным количеством полюсов и, следовательно, с различной скоростью вращения ротора. Также специально созданные для ветроэнергетики большие генераторы могут работать как два в одном: обеспечивая в одном режиме мощность 400 кВт, а в другом – 2000 кВт и работая на двух скоростях вращения ротора соответственно.
  4. Регулирование вырабатываемого тока на основе прямого привода ротора ветроколеса на генератор. В них используется эффект так называемого скольжения асинхронного генератора [4]. 
Эти и другие технические решения в сфере ветроэнергетики позволяют ВЭС на равных участвовать в выполнении большинства из технологически нейтральных требований по безопасности и надёжности энергосистем в ЕС.
 
Принятые эксплуатационные характеристики ВЭС для современных энергосистем: 
  • способность поддержания непрерывного энергоснабжения при сбоях (СПН);
  • выработка и подача реактивной мощности по команде диспетчеров при сбоях в энергосистеме;
  • способность регулировать реактивную мощность, уровень мощности и вырабатываемое напряжение;
  • возможность регулирования активной мощности ВЭС и контроль вырабатываемого напряжения;
  • регулирование активной мощности по командам диспетчеров.  
К сожалению, солнечная генерация не имеет таких же технических возможностей саморегулирования, как ветровая, и поэтому она больше зависит от наличия мощностей другой генерации или систем аккумулирования энергии недалеко.
 
Общий вывод, который мы можем сделать из всего сказанного выше, состоит в преувеличении (намеренно или по незнанию) масштаба и сложности задач интеграции генерации на основе ВИЭ в энергосистему. Автор вспоминает случай из свой консультационной практики, когда по заданию одного из международных финансовых институтов мы с командой консультантов разрабатывали для одной из стран – бывшей советской республики правила и рекомендации по интеграции в её энергосистему больших мощностей генерации на основе ветра. Одним из наших предложений было начать применять по аналогии с системой требований к генерирующим объектам в ЕС набор технологически нейтральных требований, обеспечивающих сохранение надёжности и безопасности энергосистемы. В ходе интенсивной дискуссии выступил одним из экспертов – представитель национального системного оператора и сообщил, что такой подход неприменим к их энергосистеме. А на логичный вопрос, почему, последовал ответ, что бОльшая часть существующей в стране генерации не соответствует предъявляемым требованиям. При этом следует иметь в виду, что вся генерация ВИЭ на основе современного ветрового генерирующего оборудования, размещаемая в странах ЕС, таким требованиям должна отвечать и отвечает. Занавес! 
 
Второе приведённое нами выше расхожее мнение о сохраняющейся дороговизне ВИЭ всё чаще и чаще опровергается специалистами. В последнем своём обзоре по ВИЭ американский BNEF утверждает, что: «Как показал проведённый анализ в первой половине 2018 г. Индикатор LCOE для наземных ВЭС в среднем по миру составил $55 за 1 МВтч, на 18% ниже, чем за первое полугодие годом раньше. Соответствующий индикатор для СЭС без систем ориентирования панелей составил $70 за 1 МВтч, также на 18% ниже. LCOE для ВЭС морского базирования составил $118 за 1 МВтч, на 5% ниже» [5]. Много раз приводившиеся в публикациях рекордные индикаторы тарифов наиболее эффективных ВЭС и СЭС на конкурсных отборах в разных странах показывают ещё более впечатляющие результаты. А главное, что пока этот процесс снижения тарифов и LCOE для ВЭС и СЭС так и не вышел на плато и индикаторы продолжают снижаться.
 
Закономерный вопрос при этом: «Почему российские индикаторы затрат намного выше средне мировых?». Во-первых, мы этого точно не знаем, т.к. инвесторы и операторы проектов в своих заявках на конкурсные отборы на оптовом рынке заявляют тот или иной уровень затрат, чтобы их заявка победила. Равняется ли этот заявленный индикатор фактическим или ожидаемым полным затратам, скорее нет, чем да. Возможно, эти инвесторы и получают дополнительный маржинальный доход, но никому об этом не скажут до поры до времени. Во-вторых, можно ожидать и в России соответствующего снижения затрат на строительство таких станций, но для этого нам нужны намного большие масштабы развития ВИЭ, она должна стать настоящей отраслью.
 
Если новая генерация ВИЭ может относительно безопасно при условии выполнения необходимых технических требований быть интегрирована в современные энергосистемы, если затраты на неё будут и дальше снижаться, то какое место в энергосистемах разных стран она может занять? Конечно, одного единственного ответа на этот вопрос для любой страны и любой энергосистемы не существует. Важно понимать, о каком типе генерации на основе ВИЭ мы говорим: ветер, солнце, гидроэнергетика, биомасса и проч., какова сложившаяся в той или иной энергосистеме структура генерации, каков масштаб энергосистемы, есть ли устойчивые сетевые связи с соседними и т.д.
 
Рискну предположить, что доля современной генерации ВИЭ на основе энергии ветра и солнца, в первую очередь, не будет занимать в энергобалансе России долю более, чем 15-20 или максимум 25%. В пользу именно такой величины приведённого индикатора, с нашей точки зрения, говорят следующие факты и обстоятельства. 
  1. В российской энергетике большую долю занимает генерация, работающая в теплофикационном режиме, функции которой по ГВС и теплоснабжению ВЭС и СЭС вряд ли смогут выполнить и заместить.
  2. Размещение мощностей генерации на основе ВИЭ в стране будет неравномерным, что потребует внимательного изучения особенностей таких региональных энергосистем с растущей долей ВИЭ и тщательного планирования развития таких региональных энергосистем с заметным участием генерации на основе ВИЭ в них.
  3. В силу очевидных экономических преимуществ наличия собственного углеводородного сырья, газа, в первую очередь, традиционная углеводородная энергетика будет иметь своё некоторое пространство на рынке в ситуации прямой конкуренции разных типов генерации.
  4. Формирование мер поддержки генерации на основе ВИЭ будет в России (как и в большинстве других стран) важным условием развития этого типа генерации. А экономический «вес» таких мер поддержки, также как и степень их необходимости будут во многом зависеть от политической воли и решимости руководства страны отдать приоритет в развитии национальной электроэнергетики именно ВИЭ, а не традиционным для страны углеводородам. Пока мы не наблюдаем такой решимости у российского правительства, которая могла бы обеспечить быстрое и масштабное развитие современной возобновляемой энергетики за пределы указанных нами выше индикаторов в 15-20 или максимум 25%. Потребуется время для переоценки ценностей и практический опыт функционирования российской энергосистемы с включёнными в неё ВЭС и СЭС промышленного масштаба, чтобы необходимость перехода российской электроэнергетики на новую технологическую платформу со значительно большей долей ВИЭ была осознана полностью и осуществлена.

Ссылки:

[1] https://about.bnef.com/blog/world-reaches-1000gw-wind-solar-keeps-going/ по сост. на 14.08.2018.
[2] http://plus-one.rbc.ru/blog/ecology/tri-professionalnyh-mifa-o-vetroenergetike. 
[3] http://www.interfax.ru/world/624742. 
[4] Копылов А.Е. Экономика ВИЭ. Изд. 2-е, переработ. и дополн. -– Москва, 2016, стр. 46-50.

[5] https://about.bnef.com/new-energy-outlook/#toc-download по сост. на 03.09.2018.

Источник: www.teplovichok.today

Все новости