Возобновляемые источники энергии и технологическая платформа модернизации




Скачать 169.05 Kb.
Дата26.02.2016
Размер169.05 Kb.
Копылов А.Е.

к.э.н., вице-президент Российской ассоциации ветроиндустрии, старший консультант АФ-Меркадос ЭМИ



kopylov@rawi.ru, anatoli.kopylov@gmail.com
ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПЛАТФОРМА МОДЕРНИЗАЦИИ
По данным Международного энергетического агентства, к 2030 г. доля безуглеродных технологий энергетики (атомной и возобновляемой) в мировом энергобалансе может достичь 65% от всего произведенного электричества. При этом в подавляющем большинстве стран развитие возобновляемой энергетики (около 50% всех вновь вводимых мощностей электрической энергетики в последние годы в Европе и США) происходит без учёта наличия или отсутствия собственного углеводородного сырья1.

Происходит быстрое изменение структуры потребления электроэнергии, получаемой от возобновляемых источников (ВИЭ), за счёт почти в два раза более быстрого роста потребления в домохозяйствах, чем в бизнесе. Изменение структуры генерации, в свою очередь, происходит главным образом за счёт увеличения доли относительно небольшой генерации и увеличения количества точек генерации в системе. Переход к активно-адаптивным (интеллектуальным или «умным») сетям (smart grids) делает возможным полноценное включение ВИЭ в центральные и локальные сетевые структуры.

Глобальные инвестиции в ВИЭ составили (вместе с НИОКР):

$52 млрд. в 2004 г.;

$243 млрд. в 2010 г., включая $96 млрд. на ветроэнергетику (прирост 31%), в т.ч.:


      • Китай – $47,3 млрд.;

      • США – $20,7 млрд.;

      • Бразилия – $6,9 млрд.;

      • Германия – $6,2 млрд.;

      • Италия – $4,8 млрд.

В 2011 г. суммарные инвестиции в ВИЭ достигли уже $260 млрд. Безусловным лидером возобновляемой энергетики является ветроэнергетика.

Что такое современная ветроэнергетика?

Это крупнейшая индустрия, «переваривающая» более 90 млрд. евро в год. В 2008 году в ветроэнергетике было создано 400 тыс. рабочих мест, т.н. «зеленых воротничков». Согласно сценарию Глобального совета по ветроэнергетике (GWEC) к 2020 году годовые инвестиции в ветроэнергетику достигнут 149,4 млрд. евро и создадут 2,2 млн. рабочих мест.

В ветроэнергетике применяются самые современные материалы, в частности, армированные пластмассы. Так, углепластики, использующиеся при производстве лопастей ветрогенераторов мультимегаваттного класса, применяются также и при производстве корпусов истребителей 5-го поколения.

Другой пример. Компания Vestas, мировой лидер технологий ветроэнергетики, и компания Boeing, мировой лидер в области самолетостроения, разработали программу научно-технологического сотрудничества, результаты выполнения которой найдут применение и в ветроэнергетике, и в аэрокосмической промышленности. К областям сотрудничества относятся: аэродинамика, контроль состояния оборудования и композитные материалы. Предпосылкой такого сотрудничества является тесная связь между новыми технологиями, необходимыми бизнесу, связанному с разработкой и производством ветроагрегатов, и новыми технологиями, необходимыми отраслям аэрокосмической промышленности.

Ветроэнергетика эффективно взаимодействует как с традиционным топливно-энергетическим сектором, так и с новыми видами генерации и способами аккумулирования энергии – электрической и тепловой.

В качества еще одного примера можно упомянуть тот факт, что нефтегазовыми компаниями осуществляются проекты ветроэлектростанций (ВЭС) морского базирования, монтируемых к плавающему поддону (не прикрепляемых ко дну). Вырабатываемые в ходе подобных проектов технические решения полезны и для ВЭС, и для разработки оффшорных месторождений нефти и газа.

Получают распространение ветродизельные, ветросолнечные и ветроводородные электростанции, когда на базе ветроагрегатов можно получать не только электроэнергию, но и тепло. Появляются и ветрогазовые системы. Например, гибридная электрогенерирующая система SmartGenTM основана на возможности сжигания биогаза или природного газа для вращения генератора ветротурбины в условиях отсутствия или слабого ветра, что позволяет получать электроэнергию в непрерывном режиме (использовать 100% времени).

Российский «Атомэнергомаш» планирует создавать ветропарки в России, СНГ и Восточной Европе (там, где это экономически целесообразно), а также, возможно, на Ближнем Востоке и в Азии.

В ветроэнергетике применяются самые совершенные системы прогнозирования производства энергии и управления генерацией энергии, системы трансформации электроэнергии, самые современные строительные технологии. При монтаже современного ветрогенератора мощностью 3 МВт применяются краны грузоподъемностью 750 и 500 тонн, которые ранее можно было найти не в каждой стране. Сегодня их производство и сдача в аренду – один из бурно растущих прибыльных бизнесов.

Основной источник энергии в ветроэнергетике – ветер, доступен в достаточном количестве практически в любой стране. В отличие от традиционной энергетики, где цена топлива является существенным фактором риска и колеблется от 50 до 150 долларов только за год, цена энергетического ресурса в ветроэнергетике за весь период жизни ветроагрегата составляет ноль.

Гигаваттные ветропарки и крупные ветропарки способны «снять» практически любую энергетическую проблему. Но широко применяются и малые ветроэнергетические установки (ВЭУ). Так, мировой рынок малой ветроэнергетики в 2008 г. «подскочил» на 53%, а дополнительно установленная мощность составила 38,7 МВт. Существуют и типовые проектные решения по встраиванию ВЭУ в городскую среду.

Таким образом, ветроэнергетика, сама являясь высокотехнологичной, а также достаточно «гибкой» отраслью, и содействуя технологической модернизации многих других отраслей, способна стать основой энергетической безопасности любой страны.

Мощность ВЭС по состоянию на конец 2010 г. составила 197.039 МВт (+24,1%), в т.ч.:


      • Китай - 44.733 МВт (+ 18.928 МВт);

      • США - 40.180 МВт (+ 5.115 МВт);

      • Германия - 27.214 МВт (+ 1.493 МВт);

      • Испания - 20.676 МВт (+ 1.516 МВт);

      • Индия - 13.065 МВт (+ 2.139 МВт).

Прогнозируемая мощность ВЭС на 2015 г. составляет 459.000 МВт или более 450 ГВт.

В связи с ускоренным ростом мощности ВЭС в мире Глобальная ассоциация ветроэнергетики (WWEA) пересмотрела свой прогноз развития на 2020 г., повысив его до 1.900.000 МВт (около 2000 ГВт).



Другие отрасли возобновляемой энергетики

Активно развивающимся сегментом возобновляемой энергетики можно назвать высокотехнологичную солнечную энергетику – энергетику на основе фотоэлектричества или фотовольтаики. Мировыми лидерами в производстве энергии на основе солнца как источника являются Германия (9,8 ГВт), Испания (3,4 ГВт), Япония (2,6 ГВт)1, в производстве солнечных батарей и их элементов – Китай, Германия, Япония. Например, Германия в течение последних 4-5 лет вводила примерно 650-750 МВт мощностей солнечных станций на фотоэлектричестве ежегодно.

Можно говорить о перспективах развития гибридных солнечно-водородных систем. Например, в рамках проектов типа «солнечный остров» производят электроэнергию и водород. Но вместо солнечных батарей применяются солнечные концентраторы для получения водяного пара и паровые турбины для привода электрогенератора, что способствует значительному удешевлению производства солнечной электроэнергии. Часть полученной таким способом электроэнергии используется для производства (уже значительно более дешевого) водорода2.

Проектируются угольно-солнечные электростанции и ТЭЦ. Например, интеграция в угольную электростанцию параболоцилиндрического концентратора солнечной энергии позволяет получать тепло и пар для производства электричества.

Активно развиваются в мире биомасса и биогаз, использование бытового и промышленного мусора и отходов, геотермальная, приливная и волновая энергетика (океаническая энергия), малые ГЭС.

Имея в виду Россию, хотелось бы выделить биомассу и биогаз. Они широко применяются как в качестве самостоятельных моторных топлив, так и в рамках совместного использования с традиционными топливами. Общеизвестны биоэтанол и биодизель, применяемые в ЕС и Бразилии. Но в планах ВВС США – перевод 50% самолетов на использование альтернативных топливных смесей к 2016 году. С этой целью используются и изучаются возможности использования смесей топлива, получаемого из растительного масла (растений, не употребляемых в пищу) или отходов животноводства, и традиционного реактивного топлива. 25 марта 2010 г. в США впервые совершил полет штурмовик A-10 Thunderbolt II, заправленный топливной смесью: гидрообработанное возобновляемое реактивное топливо и авиакеросин JP-8.

Биогаз (биометан), получаемый из различных видов отходов (сельскохозяйственных, шахтный метан и метан угольных залежей, свалочный газ, утечки метана в нефтегазовом секторе), закачивается в трубопроводы наряду с природным газом.

Совместное сжигание угля и древесных отходов повышает эффективность сжигания первого. На древесных отходах (современные технологии!) реально и успешно работают ТЭЦ мощностью порядка 100 МВт и выше, не говоря уже о малых станциях.

Хорошие перспективы у водорослевых ферм и геотермальных тепловых насосов.

Для остальных существующих технологий ВИЭ:



  • технология или отрасль только формируется (приливная, волновая энергетика);

  • объём информации пока недостаточен для исчерпывающего анализа;

  • развитие некоторых технологий тесно связано с местными схемами стимулирования, а не с общенациональными (например, торф);

  • значительны различия по регионам.

Однако можно наблюдать интенсификацию НИОКР с возрастанием практического использования и всех данных видов ВИЭ. Точно так же, как и виды ВИЭ, уже получившие широкое распространение, они относятся к технологиям последних или даже еще только формирующихся технологических укладов1.

Причины ускоренного развития возобновляемой энергетики

В целом, к таким причинам можно отнести следующее.



Изменение структуры энергобаланса

    • Долгосрочный тренд на повышение себестоимости добычи основных видов ископаемого топлива на фоне возможного сокращения экономически оправданных запасов углеводородного сырья.

    • Невозможность прироста добычи углеводородов в таком объёме, который бы соответствовал прогнозируемым индикаторам прироста производства и потребления электрической и тепловой энергии.

Снижение зависимости от импорта энергоресурсов

Снижение экологической нагрузки

Новое технологическое и научно-техническое развитие

    • В пакете всех патентных заявок доля заявок ВИЭ составляет почти 50%, традиционная энергетика – только 29%.

Создание новых рабочих мест

Развитие экспорта оборудования и технологий

Зачем возобновляемая энергетика России?

  • России тоже нужно менять структуру своего энергобаланса.

  • Россия располагает огромными ресурсными запасами ВИЭ.

  • Энергетика на базе ВИЭ может стать локомотивом развития энергетики и промышленности.

  • Россия пока располагает научно-техническим заделом в этой отрасли энергетики, необходимым для старта и сокращения имеющегося отставания.

  • В России имеется почти весь необходимый промышленный потенциал для реализации широкого подхода к развитию возобновляемой энергетики за счёт местного производства всех базовых элементов технологического процесса и соответствующих систем.

  • Нам необходимы новые рабочие места в высокотехнологичных отраслях промышленности.

  • Усиливается необходимость снижать экологическую нагрузку энергетики.

Потенциал возобновляемой энергетики в России

Россия располагает колоссальным потенциалом практически по всем видам ВИЭ1 и могла бы при введении в действие системы её поддержки стать частью этого быстро растущего нового глобального рынка. Обычно оценки ресурсного потенциала проводят применительно к 3-м его уровням: валовой, технический и экономический. Наиболее значимым является, конечно, экономический потенциал ВИЭ.

Валовой потенциал считается на основе всех природных ресурсов возобновляемой энергетики, в принципе доступных на территории России. Технический потенциал оценивается уже с учётом уровня развития технологий его трансформации в энергию и возможностей её передачи в места потребления. Технический потенциал, как правило, в разы (а иногда и на порядки) меньше валового потенциала ВИЭ. Экономический потенциал рассчитывается на основе объёма технического потенциала, но с учётом экономической оправданности и целесообразности его реализации в конкретном месте в рамках конкретной технологии с учётом её достигнутого уровня. Естественно, что по мере развития технологий возобновляемой энергетики и повышения эффективности этих технологий оценки величин экономического потенциала ресурсов ВИЭ должны меняться. Тем более это важно в текущей ситуации, когда происходит очень быстрое развитие почти всех технологий возобновляемой энергетики и повышение уровня их зрелости.

Например, валовой потенциал ветровой энергии на территории России огромен именно в силу величины её территории, однако величина технического её потенциала будет всегда ограничена, с одной стороны, коэффициентом 0,57 по закону Бетца-Жуковского, а также высотой башен ветроагрегатов, которая не позволит использовать энергию ветра, начиная с определённой высоты воздушных потоков (на сегодня это где-то 180-200 м максимум).

Другой пример. Технический потенциал приливной энергетики России, измеряемый потенциально в установленной мощности будущих станций, равняется десяткам тысяч мегаватт. Только мощность большой Мезенской приливной электростанции оценивается в величину 8.000-12.000 МВт. Однако известные колебания выработки станции такой мощности потребуют задействовать для их компенсации и выравнивания либо мощности ГЭС почти всего Волжского каскада, либо строительство новых ГАЭС мощностью около 3.000-3.500 МВт. Достаточно будет добавить, что именно ГЭС Волжского каскада сегодня являются основным инструментом системного оператора для регулирования и балансирования Европейской части ЕЭС, для которой тогда придётся искать новые мощности регулирования и балансирования. Следовательно, с экономической точки зрения, реализация технического потенциала Мезенской ПЭС сегодня приближается к нулю, если не изменить условия её реализации, например, за счёт системы поддержки.

Несмотря на некоторое устаревание величин оценок экономического потенциала ресурсов ВИЭ в России в силу очень быстрого развития и обновления технологической базы возобновляемой энергетики, использованной для его оценки в своё время, все без исключения специалисты – российские и зарубежные – отмечают его большую величину, ставящую Россию в число мировых лидеров по этому показателю1.

Такой ресурсный потенциал стал основанием для включения развития возобновляемой энергетики в число приоритетных направлений Энергетической стратегии России на период до 2030 г., утвержденной Распоряжением Правительства Российской Федерации от 13 ноября 2009 г. №1715-р.

Оптимизм оценок возможного развития возобновляемой энергетики в России, несмотря на сегодняшние скромные показатели развития этой отрасли, кроме большой гидроэнергетики, базируется не только на величине потенциала этих ресурсов, которыми располагает страна. Россия на сегодняшний день также располагает достаточно высокого уровня технологиями и научным заделом в сфере ВИЭ: малая и большая гидроэнергетика, приливная, геотермальная энергетика, биомасса, тепловые насосы, солнечная (фотоэлектрическое преобразование и гелиотермальная). Исключение составляют технологии ветроэнергетики, оставшиеся, как правило, на уровне конца 80-х – начала 90-х гг. Причиной такого положения отечественной ветроэнергетики можно считать очень слабый уровень её развития на настоящий момент. Фактически российская ветроэнергетика представлена на сегодняшний день несколькими десятками устаревших ветроагрегатов импортного производства, включая украинские АВ-250, также снятые с производства. Однако быстрое овладение ими не станет серьёзной проблемой, и недавний успешный опыт Франции, Индии и Китая – тому подтверждение.

В России имеется почти весь необходимый промышленный потенциал для реализации широкого подхода к развитию возобновляемой энергетики за счёт местного производства всех базовых элементов технологического процесса и соответствующих систем. Однако в настоящее время он почти полностью работает на зарубежные рынки. Например, за последние 7-8 лет в стране появилась новая отрасль промышленности – производство древесных пеллет в составе примерно 240 заводов разной мощности. Почти все они экспортируют свою продукцию, местное потребление – ничтожно по сравнению с масштабами производства.

В этой связи необходимо проанализировать те ориентиры развития энергетики на основе ВИЭ, которые были установлены правительственными решениями. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года приводит в качестве ориентиров роста конечного энергопотребления объёмы 1.041-1.218 млрд. кВт-ч прогнозируемого суммарного потребления электроэнергии на конец 1-го этапа (2013-15 гг.) и 1.315-1.518 млрд. кВт-ч прогнозируемого суммарного потребления электроэнергии на конец 2-го этапа (2020-22 гг.) развития.

Другим основополагающим документом, устанавливающим объёмные ориентиры развития возобновляемой энергетики в стране, является Постановление Правительства РФ от 8 января 2009 г. № 1-р «Об утверждении Основных направлений государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2020 года», которое установило в качестве целевых показателей доли энергии ВИЭ на 2015 г. – 2,5% или 26-30,5 млрд. кВт-ч и на 2020 г. – 4,5% или 59-68 млрд. кВт-ч, исходя из приведенных выше показателей прогнозируемого потребления. Такой подход позволил оценить величины суммарных индикаторов долгосрочных целей развития возобновляемой энергетики в России.

Распределяя объёмы генерации электрической энергии между различными технологиями генерации, необходимо исходить из следующих предпосылок и допущений.

Россия располагает всем набором ресурсов возобновляемых источников энергии, существующих в мире.

Указанный набор и объёмы по каждому отдельно взятому виду ресурсов позволяют развивать возобновляемую энергетику в стране по практически любому направлению с формированием технологических приоритетов, если в этом будет необходимость. Пока такие приоритеты правительством не сформулированы, и поэтому при расчётах принимается за основу естественный сценарий развития различных технологий и их соотношения.

В этом случае методологической основой соответствующего распределения может служить сложившаяся в мире технологическая структура генерации энергии на основе ВИЭ.

За исключением большой гидроэнергетики в сложившейся на сегодняшний день структуре генерации энергии на основе ВИЭ в России выделяются 3 очевидных лидера: малые ГЭС, производство электрической энергии на тепловых станциях с использованием биомассы и геотермальная энергетика. Поэтому при сопоставлении долгосрочных целей развития возобновляемой энергетики с использованием именно данных технологий имеется возможность сопоставить указанные цели с реально достигнутым уровнем. Применительно к остальным технологиям генерации (ветроэнергетика, солнечная и приливная) такое сопоставление на основе местных данных и накопленного опыта провести невозможно в силу слабой их представленности в энергетике страны.

Особое место в данном ряду технологий занимает приливная энергетика. В этой сфере ещё Советский Союз развивал пионерные технологии, однако широкого промышленного развития приливная энергетика не получила ни в советское время, ни позже. Вместе с тем, на настоящий момент в России накоплен хороший научно-технический потенциал и опыт строительства и эксплуатации приливных станций, который может позволить стране относительно быстро преодолеть имеющееся отставание и выйти в число мировых лидеров.

Остальные известные проекты потребуют дополнительного обоснования и решения определенных технических и экономических проблем, чтобы их можно было включать в прогнозные перечни на такие относительно короткие периоды планирования.



Основные ожидаемые результаты развития возобновляемой энергетики в России

  1. Замещение органического топлива, сжигаемого при производстве энергии, и повышение эффективности традиционной генерации энергии в условиях использования гибридных и комплексных энергетических систем (энерго-ресурсосбережение).

  2. Создание стимулов для модернизации смежных отраслей промышленности и «технологий-аналогов».

  3. Снижение средних цен на оптовом рынке за счёт замещения на нём высокомаржинальных станций новой генерацией ВИЭ.

  4. Снижение эмиссии парниковых газов.

  5. Снижение расходов на мероприятия по экологии и защиту здоровья населения на территориях размещения предприятий углеводородной энергетики.

  6. Создание новых рабочих мест в отраслях производства генерирующего и вспомогательного оборудования для предприятий возобновляемой энергетики

  7. Дополнительные фискальные сборы правительства и территорий:

  • экспортные пошлины на экспортируемые углеводороды по гипотезе об экспорте сэкономленного углеводородного топлива;

  • налог на прибыль новых электрогенерирующих предприятий возобновляемой энергетики;

  • налог на землю или арендная плата за участки земли, используемой для размещения объектов возобновляемой энергетики;

  • подоходный налог с заработков сотрудников новых компаний;

  • плата за воду,

  • налог на имущество новых энергетических компаний;

  • снижение объёмов воды, используемой для охлаждения агрегатов тепловых станций на углеводородном топливе.

Возникает вопрос: что может получиться с ветром в стране?

Как уже говорилось выше, ветроэнергетика – мировой лидер возобновляемой энергетики, в то время как в России ее развитие с очевидностью отстает.

Можно достоверно предположить, что:

- в ближайшие годы могут быть построены ВЭС суммарной мощностью около 2000-2500 МВт;

- к 2020 г. возможно доведение суммарной мощности российских ВЭС до 10.000-25.000 МВт;

- российская ветроэнергетика станет мощнейшим импульсом развития отечественного комплекса НИОКР, энергомашиностроения, инжиниринга энергопроектов;

- появятся новые рабочие места в высокотехнологичной сфере развития экономики;

- высвободятся значительные объемы ныне сжигаемого ископаемого топлива;

- произойдет относительное снижение уровня цен на оптовом рынке электроэнергии;

- смогут быть реализованы дополнительные фискальные сборы – федеральные и территорий;

- будут созданы многочисленные обслуживающие производства, виды и формы бизнеса, в основном, в формате малых и средних предприятий.

Что надо (следует) сделать для реализации потенциала ВИЭ в России?

Необходимо принять полный набор подзаконных актов по поддержке развития возобновляемой энергетики и, в первую очередь, установить:



    • величины надбавок к цене возобновляемой электроэнергии или плате за мощность;

    • порядок покупки электроэнергии от ВИЭ сетевыми организациями или её продажи на оптовом рынке электроэнергии;

    • порядок возмещения из федерального бюджета затрат на технологическое присоединение для генераторов менее 25 МВт.

По нашим оценкам, поддержка должна оказываться в форме фиксированной надбавки к рыночной цене, в частности, для ветроэнергии – 1,595-2,068 руб./кВт-ч.

И, конечно, необходимо усовершенствовать методическое обеспечение процедур развертывания возобновляемой энергетики в стране, в первую очередь, присоединения электростанций на базе ВИЭ к энергосистемам.

Можно услышать мнения: вот, еще одно направление, нуждающееся в специальной поддержке. Однако речь идет о новых технологиях.

Все новые технологии на начальных этапах их развития поддерживаются. У возобновляемой энергетики – свои, специфические подходы к поддержке, апробированные в мировой практике. Существенное отклонение от данных подходов может не привести к успеху. Но, если учитывать российскую специфику, применение данных (общих) подходов можно было бы расширить на другие отрасли «зеленой» энергетики. Как можно увидеть из вышеизложенного, сами по себе технологии на базе ВИЭ в конфликт с другими прогрессивными технологиями энергетики не вступают.



1 Здесь и далее количественные данные приводятся из источников: Российская ассоциация ветроиндустрии, АФ-Меркадос ЭМИ.

1 По состоянию на конец 2009 г.

2 Кстати, значительная часть технологий топливных элементов на водороде – также технологии возобновляемой энергетики.

1 Многие из технологий ВИЭ – конверсионные технологии, а ряд технологий получен на основе достижений атомной энергетики.

1 Справочник по ресурсам возобновляемых источников энергии России и местным видам топлива. Показатели по территориям / Под ред. П.П.Безруких. – М.: ИАЦ Энергия, 2007. – 272 с.

1 На сегодняшний день по данным Международного энергетического агентства Российская Федерация является 5-м в мире производителем энергии на основе ВИЭ, в основном, за счёт больших ГЭС.





База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница