Виды зеленой энергии. Как выгодно продавать электроэнергию государству используя зеленый тариф? Послесловие про «Теслу»

В передовой стране Мира значительно обогнали обще мировой прогресс в сфере зеленой - чистой энергетики.

Триумф!

1 июня 2017 президент Соединённых Штатов Америки Дональд Трамп заявил, что США прекращают участие в Парижском соглашении 2015 года (по климату), заявив, что страна «открыта для переговоров».
Во время президентской кампании Трамп обещал отказаться от соглашения, заявив, что выход поможет американским компаниям и работникам.
Трамп также отметил, что выход из соглашения соответствует выбранной политике «Америка прежде всего» .
В соответствии со статьёй 28 Парижского соглашения, скорейший выход США из соглашения по климату не может быть произведён раньше 4 ноября 2020 года, то есть через четыре года после вступления соглашения в силу на территории США (по странному совпадению на следующий день после Президентских выборов 3 ноября 2020 года). До выхода из договора США обязаны были выполнять свои обязательства, включая передачу отчётов о вредных выбросах для Организации Объединенных Наций

И грянул гром.

Министр энергетики США, Рик Перри, выступил перед членами Торговой палаты с большим и очень подробным докладом под названием "Америка нуждается в угле и атоме".
Нужно заметить, что выступление это было не ново по своему посылу, еще в конце июня Рик Перри выложил у себя на странице в твиттере аналогичное сообщение.

Рядовой обыватель (и США не исключение) очень плохо и смутно понимает, откуда в розетке берется электричество, а в кране горячая вода. Отсюда и искренняя вера в то, что сталелитейный комбинат нужно запитать от солнечных батарей.
С точки же зрения людей, немного вовлеченных в отрасль энергетики, все действия профильного американского министерства выглядят очень логично и даже более того - прагматично.
Давайте попробуем разобраться, почему же мировой гегемон решил опять вспомнить об угле и собственной атомной программе.

Структура.

Говоря о США и их энергетической системе, в памяти нужно держать ряд простых, но ключевых цифр. Текущее население страны - 325,7 миллиона человек, и оно постоянно растет, например, за последние сто лет количество граждан Америки утроилось.
Площадь страны очень и очень внушительная - 9 834 000 квадратных километров.
Южные штаты лежат в зоне жаркого, практически тропического климата, а северные в условиях, вполне сопоставимых с российским средним городом типа Воронеж.
А ведь есть еще и самый большой, холодный и пустынный штат - Аляска. Для того чтобы обеспечить все нужды своей, не будем кривить душой, мощной промышленности, а также побаловать граждан отоплением, горячей водой и кондиционированием, Соединенные Штаты ежегодно должны генерировать не менее 4 350 800 гигаватт в час электроэнергии, уступая по этому показателю лишь циклопическому Китаю (6 495 140 гигаватт в час).
Это данные за 2017 год американского государственного источника - US Energy Information Administration.
Для сравнения: Россия на "проживание" тратит 1 091 000 гигаватт в час, и это притом что зона суб- и арктического климата у нас несколько больше. Этот же источник утверждает, что выработка электроэнергии в США с учетом источника ее получения разделена следующим образом:

Природный газ - 31,8%,
нефть - 28%,
Нефтегазовая игла таким образом составляет 59,8%
уголь - 17,8%,
возобновляемые источники - 12,7%,
АЭС - 9,6%.
Как видно, Америка довольно сильно зависит от пресловутой "нефтегазовой иглы". Шутка ли, почти 60% всего электричества в стране вырабатывается именно из данного вида топлива. А вот уголь и атомная энергия, о которых в своей речи неосторожно вспомнил господин Перри, наоборот, находятся в числе аутсайдеров. Почему же их опять пытаются вытащить на производственную внутреннюю арену? Чтобы это понять, нужно знать некоторые факты. Например, что в 2013 году доля энергии, получаемой из собственного американского угля, составляла грандиозные 43%, а доля атомной энергетики превышала 20%.
Наши уважаемые читатели наверняка спросят, а куда же все это делось. Мы постараемся кратко ответить.

Обама как двигатель прогресса.

Дело в том, что 44-й президент США и по совместительству лауреат Нобелевской премии мира Барак Обама очень любил все зеленое, включая энергетику. А вот уголь очень не любил. В 2009 году, когда Обама въехал в Овальный кабинет, в США действовало 1436 угольных теплоэлектростанции, которые генерировали суммарно 339 гигаватт электричества. По настоянию различных природоохранных и других организаций, получавших щедрую финансовую помощь из американского бюджета, на угледобывающие компании и угольную генерацию в целом было развернуто широкомасштабное наступление. К концу второго срока правления г-на Обамы, то есть к 2016-му, количество угольных ТЭС уменьшилось на 400 штук. Это махом дало "проседание" государственной энергетики в 61 ГВт. Это сопоставимо с мощностью сразу 47 ультрасовременных атомных реакторов ВВЭР-1200, один из которых буквально на днях приняли в эксплуатацию на Ленинградской АЭС.

Обама начинает и выигрывает!

В 2015 году сразу три из четырех ведущих угледобывающих компаний США объявили о своем банкротстве:
Peabody Energy (1-е место), компания добывала в среднем 189 миллионов тонн угля в год, занимая 19% внутреннего рынка,
Arch Coal (2-е) - 135,8 миллиона тонн в год и 13,6% рынка,
Alpha Natural Resources (4-е) – 80,1 миллиона тонн в год, 8% рынка.
Более того, лидеру Peabody Energy принадлежало самое большое угольное месторождение в мире - North Antelope Rochelle, с запасами каменного угля в два миллиарда тонн.

Лозунг Обамы - свобода прежде всего!

За восемь лет в США было освобождено более 150 000 человек, вовлеченных в угледобычу, транспортировку, переработку и энергогенерацию.
150 000 человек получили возможность больше не горбатится на работе в сфере грязной энергетики.

Что касается атомной энергетики и почему ее доля в энергетике страны упала столь сильно - в данном случае сработала та самая невидимая рука рынка.
Дело в том, что все атомные станции США находятся в частной собственности. Возраст у двух третей американских реакторов колеблется в пределах 35-45 лет.
Единственный американский игрок этого рынка, компания Westinghouse, находится в затяжном процессе банкротства и ликвидации.
Частные владельцы станций лишь эксплуатируют имеющуюся инфраструктуру, смысла в древних технологиях АЭС в преддверии Эры зеленой энергетики нет ни какого.
Обама искренне верил, что грязный уголь и опасный атом - это уже далекое прошлое и вот-вот в мире наступит эра ВИЭ.
По странному стечению обстоятельств в феврале этого года наиболее тяжелая ситуация сложилась в штате Массачусетс, где отмечалось самое массовое снижение объемов добычи угля.
Правительство из-за аномально сильных морозов ввело режим ЧС.
Ситуация легко была выровнена русским сжиженный газом с Ямала, который в Бостон доставил ледокольный газовоз "Кристоф де Маржери".

Мы хотим познакомить вас, уважаемые читатели, с мнением высококвалифицированного инженера на то, что такое основные составляющие «зеленой энергетики» – на солнечные панели и ветроустановки. «Передовая мировая общественность» считает, что век тепловых и атомных электростанций закончился? Предположим, что это именно так и просто посчитаем, во что это обойдется – по затратам на производствро, на эксплуатацию, на необходимые земельные площади. Дмитрий Таланов хорошо знает, о чем пишет, ведь ему приходилось рассчитывать электрические сети и для такой генерации, и этим его взгляд особенно интересен.

Тридцать лет назад компьютеры стоили миллионы долларов, жесткие диски – десятки тысяч долларов, а solid-state memory была настолько дорогая, что, по слухам, Билл Гейтс сказал в 1981 году, что 640 килобайт такой памяти должно быть достаточно любому компьютеру.

Затем началась эра кредитной стимуляции потребительского спроса, производители оценили потенциальный рынок, переписали бизнес-планы, заняли денег и вместо двух-трех инженеров на контору наняли разом несколько десятков, поставив им задачу найти пути снизить стоимость и повысить потребительские качества продукции. Результаты можно наблюдать в любом доме. Так река денег, направленная в определенное русло, за короткий период времени радикально изменила ландшафт.

После того, как мир заразился идеей получать энергию из возобновляемых источников, таких, как солнечный свет и ветер, река денег хлынула уже в этом направлении. Эффект был похожий: за два десятка лет резко выросли КПД солнечных панелей, емкость аккумуляторов и надежность ветрогенераторов. А их стоимость упала. На рынок хлынули системы UPS (uninterruptible power system) с коэффициентом мощности по входу без малого единица, КПД до 97%, появились и сложные VFD (variable frequency drive), превращающие асинхронный двигатель с беличьей клеткой ротора – рабочую лошадь индустрии – практически в синхронный с легко изменяемой скоростью вращения и кривой момента на валу, а это обеспечивало уже экономию электроэнергии в десятки процентов. Следует отметить, что сами VFD появились в 1960-х, но эффективное векторное управление в них было реализовано только в 1990-х.

Стремление мира «позеленеть» как можно быстрее замечательно сказывается на потребительских качествах многих товаров и сильно радует инженерную душу. Ведь открывается столько ранее недоступных возможностей! Конечно, очень хочется развить эту тему, но статья посвящена не инженерно-потребительской оценке «зеленой энергии», а анализу перспектив этого направления энергетики применительно к нашей столице – Москве. Все данные для анализа взяты из открытых источников, инсайд не потребовался, общедоступных данных вполне достаточно.

Москва и Солнце

Для начала давайте прикинем, что потребуется для перевода только Москвы на альтернативные источники энергии. Начнем с солнечной энергии.

Солнечная постоянная – количество мощности, проходящей через плоскость, перпендикулярную солнечным лучам – на орбите Земли составляет 1’367 Вт/м², а на поверхности планеты составляет 1’000 Вт/м² в полдень на экваторе. Это чтобы оценить потери в прозрачной атмосфере. Далее будем считать в кВт*ч, коли мы рассматриваем именно энергию, на которой сказывается эллиптичность орбиты планеты, да и ночь то и дело на ней наступает, а то и погода меняется. Годовая инсоляция это учитывает, и поэтому в ней считать проще.

Итак, годовая инсоляция для Москвы, если мы бросим солнечную батарею (СБ) горизонтально на землю, составит 1’020 кВт*ч/м² при 100% КПД батареи. Если направим ту же батарею под фиксированным оптимальным углом к горизонту, чтобы максимизировать получаемую энергию за год, эта цифра составит 1’173 кВт*ч/м². Если станем следить за солнцем, ворочая батарею туда-сюда, то 1’514 кВт*ч/м². Для сравнения, в Сочи те же показатели будут такими: 1’365 / 1’571 / 2’129. То есть строить там с целью переслать потом энергию в Москву нет смысла: вся прибыль уйдет на потери при передаче.

Это наши исходные данные без учета КПД батареи, который на настоящий день оптимистично заявляется в 18-20%, а в будничной реальности ближе к 16% без учета фото-деградации со временем. Останемся оптимистами и для расчетов примем 18%.

К исходным данным надо добавить еще стоимость 1 ватта установленной мощности солнечной станции. Автор статьи, используя доказавшие надежность СБ китайского производителя, опробованные годами на гигаваттных индийских установках, достиг показателя 1,8 доллара за ватт (под ключ, с прямой синхронизацией с построенной им же системой 220/33/10кВ на 200 МВт). Но ходят упорные слухи, что, при использовании оборудования отдельных производителей, можно достичь и 1,0 доллара за ватт. Что ж, не будем проверять обоснования такого оптимизма, а просто примем это для наших расчетов. На всякий случай, чтобы никто не пытался выдвигать обвинения в предвзятом отношении к «зеленой энергетике». И последнее: за 2016 год Москва потребила 59’068 млн кВт*ч (только город; из «Отчета Мосэнерго, 2016»).

Усредняя годовую выработку квадратного метра батареи, установленного под фиксированным оптимальным углом в Москве, получаем 1’173 кВт*ч/м² / 8’760 ч = 0.134 кВт = 134 Ватт/м². При оптимистично-реальном КПД 18% наш итог – 0,18 х 134 = 24 ватт/м².

Эти результаты хорошо согласуются с коэффициентом использования установленной мощности (КИУМ) для солнечных батарей, уже действующих в разных странах – он варьируется от 30% для Австралии до 13% для северной Европы.

Общая площадь требуемой солнечной батареи: 59’068 000 000 / 1’173 / 0,18 = 279’757’506 м².

Цифра кажется большой, но не надо её пугаться, это всего лишь 279,8 км, то есть что-то около 17 на 17 км. Когда мы стоим на земле, то на плоской открытой местности можем видеть невооруженным глазом на 5 км. Просто увеличьте эту дистанцию втрое, затем мысленно представьте квадрат с такой стороной, это и будет требуемая площадь СБ.

Таким образом цена вопроса перекрашивания Москвы в «зеленый» цвет составит:

279’757’506 м² х 24 Ватт/м² = 6’714’180’144 Ватт = 6’700 МВт ⇒

⇒ 6’700 МВт х $1.0 = 6’700 млн долларов = 6,7 млрд долларов

Это капитальные затраты. Сюда следует добавить операционные расходы по обслуживанию установки, пусть даже по очистке панелей. В противном случае когда пойдет снег, город окажется без электричества. Конечно, на очистку панелей всегда можно бросить строителей со всей Москвы, ведь света всё равно нет. Ну, а если тучки набегут или ночь случится? Нет, уж лучше запасти электроэнергию, пока светит солнце!

Только эффективно и недорого запасать её мы еще не научились. Строить ГАЭС (гидроаккумулирующие электростанции) требуемого объема в Москве негде (для примера, установленная мощность огромной Саяно-Шушенской ГЭС составляет 6’500 МВт). Использовать тепловой коллектор для нагрева воды можно, но у него КПД не более 20% и размерами он будет лишь немногим уступать СШГЭС.

Остаются аккумуляторы. КПД современных свинцово-кислотных аккумуляторов доходит до 80%, а у новых литиевых достигает 90%. Но здесь беда не с КПД, а со стоимостью. Оптовая цена свинцово-кислотных аккумуляторов составляет 0,1 доллар за Ватт*час, а литиевых – 0,3 доллара. Соответственно, на 1 Ватт солнечной батареи стоимостью 1 доллар, чтобы пережить только ночь длиной 8 часов, нужно потратить 0,8 доллара на свинцово-кислотные аккумуляторы или 2,4 доллара на литиевые.

Удельные характеристики их тоже не радуют. Лучшие литиевые аккумуляторы обеспечивают 200 Вт*ч на килограмм веса. У свинцово-кислотных всё значительно хуже. Таким образом, вес требуемой литиевой батареи составит: (6’700 х 10 6 х 8) / 200 = 268’000 тонн. Для сравнения – Эйфелева башня весит 10’000 тонн.

Следует также помнить, что количество циклов заряд-разряд у этих типов аккумуляторов ограничено и составляет 1’000 циклов при потере около 20% исходной емкости. То есть через 3 года батарею придется менять на новую, а старую весом в 27 Эйфелевых башен придется утилизировать. И это нужно будет делать каждые 3 года – по меньшей мере, до появления более эффективных аккумуляторов.

Те, кто занимается их утилизацией – обычно это сами производители – утверждают, что до 80% материалов аккумуляторов обезвреживается и, в том или ином виде, возвращается в производство. Вопрос: куда деваются остальные 20%? Соли лития, тионил хлорид, диоксид серы и прочие крайне токсичные и тератогенные вещества, которыми битком набиты современные аккумуляторы. Если начать складировать каждые 3 года по пять Эйфелевых башен таких отходов, то в сравнении с ними шахтные терриконы покажутся экологичней ракушек на крымском пляже.

Но, в таком случае, может, не стоит использовать аккумуляторы, а вместо них отдавать электричество сразу в распределительную сеть по мере генерации, рассчитывая ночью и вечером на обычные электростанции? Так оно и делается там, где солнечная энергетика цветет в полную силу. К чему это приводит, рассмотрим чуть позже.

Москва и ветер

Энергия ветра относится к возобновляемым источникам энергии. Ветер дует везде и всегда, разве что с разной силой. Общие запасы его энергии в мире оцениваются в 170 трлн кВт*ч, что в восемь раз превышает мировое потребление электроэнергии на настоящий день. Теоретически всё электроснабжение в мире можно было бы обеспечить только за счёт энергии ветра.

Использовать энергию ветра стали давно – достаточно вспомнить ветряные мельницы и парусные суда. А в начале прошлого века стали строиться и ветроэлектростанции (ВЭС). Следует отметить, что одним из лидеров в этой области был СССР. В 1931 году в Крыму, около Балаклавы, была введена в эксплуатацию ВЭС, которая проработала до 1941 года. Во время боёв за Севастополь она была разрушена. Опорную конструкцию её ветродвигателя построили по проекту В. Г. Шухова. Ветроагрегат с ротором диаметром 30 м и генератором в 100 кВт являлся на тот период самым мощным в мире. В 1950-х годах в СССР производилось 9’000 ветроустановок в год.

Но ветер не всегда дует с достаточно силой, что особенно выражено на суше. Поэтому те, кто стремится развивать ветроэнергетику, лезут также в море, что обходится заметно дороже. И, невзирая на эти усилия, КИУМ таких комбинированных ветропарков всё же едва достигает 35%, а на суше он обычно около 20% – то есть попадает в тот же диапазон, что и в случае солнечной энергетики.

В «погоне за ветром» высота мачты всё время увеличивается, во многих случаях достигая сотни метров. Длина лопастей ротора тоже растет, как и номинальная мощность ветрогенераторов. На настоящий день 5 МВт для такого генератора считается средней величиной, и ведутся разработки машин вплоть до 20 МВт.

Чтобы утыкать землю вокруг Москвы ветроэлектростанциями, возьмем 5 МВт машину за основу. Сколько их может понадобиться? С учетом КИУМ, 6’700/5/0’2 = 6’700 машин.

Много это или мало?

Обычно высота таких ветрогенераторов вместе с лопастями составляет 160-180 метров. Будем скромны и примем 160 м. Следует понимать, что для максимальной плотности размещения ветропарка каждая машина должна отстоять от соседней на двойную дистанцию своей полной высоты (просто для того, чтобы при падении двух машин навстречу друг к другу они не разломали себя в труху). Имеются и другие, куда более специфические соображения, но их можно опустим в данном случае.

Итак, каждому ветрогенератору потребуется жизненное пространство 320 х 320 метров, т.е. 102’400 м². А всем 6’700 агрегатам понадобится 686 км², что значительно хуже того, что потребовала для себя гипотетическая СЭС выше. И что совсем замечательно, мы избавляемся от «проблемы аккумуляторов».

Капитальные затраты на строительство материковых ВЭС составляют, по разным источникам, от 1’300 до 2’000 долларов за кВт установленной мощности. Принимая во внимание погоду в Москве – риск сильных ветров и морозов – агрегаты нуждаются в повышенной надёжности, а значит, разумней взять $2’000/кВт. Следовательно, стоимость нашего ветропарка составит $13 млрд 400 млн.

Получилось в два раза дороже, чем СЭС без аккумуляторов, но есть и другой минус. Обслуживание вращающихся машин также дороже в сравнении со стационарными статическими установками типа СЭС, где только смахивай пыль/снег с панелей да изредка меняй сгоревшие инверторы. Т.е. себестоимость производства электроэнергии ВЭС в реальности далека от нуля.

Европейский опыт показывает, что суммарные эксплуатационные издержки составляют примерно 1 евроцент на 1 кВт*ч (около 70 копеек на сегодняшний день) и эти деньги ложатся на плечи потребителей в той же мере, как и эксплуатационные издержки ГЭС, АЭС и ТЭС. Вот только последние при той же установленной мощности занимают площадь в тысячи раз меньшую (исключая водохранилища ГЭС). И затраты на выработку 1 кВт*ч на АЭС и ГЭС составляют единицы копеек. Только ТЭС приближается к еврозатратам на эксплуатацию ВЭС в силу дороговизны углеводородов.

Не обошли ВЭС и экологические проблемы. Многие европейские источники ссылаются на инфразвуковые колебания и вибрации, исходящие от работающих ветрогенераторов, отрицательно воздействующие на людей и животных. В районе ветропарков перестают селиться животные и птицы. Статистику по погибшим птицам, особенно перелетным, летящим на значительной высоте, найти непросто. Но недаром в Великобритании ветряки теперь зачастую называют “bird choppers”, что соответствует «мясорубке для птиц».

Еще одна проблема состоит в утилизации лопастей, исчерпавших свой ресурс. При том количестве ветрогенераторов, которые уже установлены, это серьезная проблема. Дело в том, что лопасти генераторов делаются из стеклопластика для облегчения нагрузки на подшипники машины. И в большинстве случае после того, как они отслужат свое, их сжигают, что порождает много высокотоксичных газов. При этом зольность сжигаемой массы составляет около 60% и образующаяся зола требует захоронения.

Подытожим:

1. Капитальные затраты на строительство СЭС без аккумуляторов составляют на настоящий момент не ниже $1’000/кВт установленной мощности;
2. Капитальные затраты на строительство СЭС с аккумуляторами составляют на настоящий момент не ниже $1’800/кВт со свинцово-кислотными аккумуляторами и не ниже $3’400/кВт – с литиевыми;
3. Проблема утилизации аккумуляторов в том масштабе, который потребуется, если они всё же найдут широкое применение в мощных СЭС, далека от решения;
4. Капитальные затраты на строительство ВЭС на территории РФ составляют на настоящий момент не ниже $2’000/кВт;
5. Эксплуатационные затраты ВЭС сравнимы с такими же у ТЭС и значительно выше, чем у ГЭС и АЭС;
6. Проблема воздействия ВЭС на людей и животных, а также проблема утилизации отдельных частей ВЭС пока далеки от решения;
7. Оба типа станций требуют масштабного отчуждения земель;
8. Оба типа станций генерируют электроэнергию когда могут, а не когда нужно.

В то же время:

1. Капитальные затраты на строительство АЭС составляют $2’000-4’000/кВт в зависимости от того, кто строит. Утилизация отработанного топлива давно проработана, а при вводе в работу новых БН реакторов появилась и возможность замкнуть цикл использования топлива;
2. Капитальные затраты на строительство газовой ТЭС составляют не более $1’200/кВт. Утилизация отработавшей своё станции не представляет проблем;
3. Капитальные затраты на строительство угольной ТЭС составляют не более $2’000/кВт. Утилизация отработавшей своё станции не представляет проблем;
4. Все три типа станций генерируют электроэнергию когда нужно и не требуют масштабного отчуждения земель;
5. Капитальные затраты на строительство ГЭС составляют $1’200-2’000/кВт в зависимости от рельефа местности. Этот тип станций тоже генерирует электроэнергию когда требуется, за исключением маловодных лет. Чаще всего требует масштабного отчуждения земель. Утилизация отработавшей своё станции требует массивной рекультивации земель.

Электроэнергетические качели

Сначала внимательно посмотрим на следующие два слайда, взятые из официальной презентации немецкой RWE .

Что мы здесь видим? А видим мы здесь большую проблему. С 2012 года эта проблема лишь выросла в размерах, окрепла и уже угрожает не просто энергосистеме, а существованию той промышленности Германии, которой кровь из носу требуется стабильность частоты и напряжения. Прежде всего это точное машиностроение и тяжелая промышленность с большой добавленной стоимостью, дающие работу значительной части населения и немалую часть ВВП страны.

Как признаётся в презентации от 2012 года, Германия может получать до 30% требуемой электроэнергии от ветра и солнца, но контроля за этой выработкой не имеет. К слову, на сегодняшний день страна в отдельные дни получает уже до 80% от солнца и ветра. Вот только эта выработка может как взмывать в небеса, так и падать камнем буквально за секунды (тучка набежала!).

Автор статьи, как человек, занимавшийся часть карьеры проблемами устойчивости энергосистем и разработкой новых типов релейной защиты и автоматики, видел и куда как более детальные осциллограммы, на которых выработка немецких ветропарков и солнечных полей в соответствующих погодных условиях менялась до 8 ГВт/сек в тяжелых случаях и в сотни раз чаще – около 2 ГВт/сек. Это при полной установленной мощности системы 50 ГВт и средней используемой 44 ГВт.

Но ведь это «бесплатная» энергия? Да. Это же хорошо? Нет.

Давайте представим, что по дороге едет груженый самосвал, везущий в кузове разные стекляшки (хрупкие параметры статической и динамической устойчивости). В какой-то момент вне контроля водителя момент на валу двигателя самосвала вдруг резко возрастает, затем спустя время так же резко падает, и этот процесс продолжается несколько раз. Стекляшки стукаются друг об друга, иногда бьются, водитель в поту (диспетчер системы и автоматика) отчаянно пытается выровнять ход, надеясь только, чтобы колеса не слетели с осей и выдержала коробка передач.

Благополучно доехав до цели, водитель сталкивается с политиком-адептом «зеленой» энергии, жалуется на жизнь, на что адепт говорит: – «Но ведь ты потратил даже меньше топлива, чем обычно, сам признаешь! Невзирая на все выкидоны своего самосвала. А значит, это хорошо, мы делаем мир чище!».

Что на это ответить? Нет ничего более печального и нелепого, чем попытки политиков решать технические вопросы.

Чем компенсировать эти рывки? Только увеличением мощности двигателя настолько, чтобы рывки в ней утонули… ой, в смысле только увеличением установленной мощности традиционных станций, пусть даже они будут вынуждены большую часть времени работать на уровнях нагрузки, близких к холостому ходу. Вот только на этих уровнях КПД этих станций самый низкий, рабочее тело просто вылетает в трубу, а регулярное обслуживание оборудования учащается. В общем, швыряние денег псу под хвост.

Плюс нагрузка на персонал системы. Возвращаясь к RWE , с середины 90-х до середины 2010-х количество случаев, когда их ЦДУ прибегало с ручному вмешательству для предотвращения развала системы на «острова», увеличилось в 17(!) раз. А стабильность напряжения/частоты стала такова, что прокатные станы, металлургия, точное машиностроение начали ругаться уже матом и крепко задумались перебираться в другие, не столь успешные в «зеленой» энергетике страны. Недавняя тяжелая авария в восточной Австралии пример тех же процессов.

Вот такая эта «зеленая» энергетика…

Мечтания и реальность

Собственно, какой вывод из этого можно сделать? Такой, что вся солнечная и ветроэнергетика должны иметь 100% резервирование традиционными мощностями, чтобы всё не развалилось, когда в пасмурный день не дует ветер. А это значит, что стоимость генерации «зеленой» электроэнергии без учета стоимости обслуживания резерва – передергивание карт под столом и лукавство.

Альтернативная энергетика имеет право на существование без присоединения к системе и без субсидий. Еще до того, как у стран, увлекшихся таким присоединением, как те же Германия и Австралия, начались проблемы с устойчивостью, автор этой статьи со своим коллегой ручками прикинул, что по достижении 20% установленной мощности вся эта «зелень» начнет создавать сильную головную боль. И решение на разрешение таких присоединений равнозначно открыванию ящика Пандоры. Закрыть его будет трудно.

Тем не менее расхожее мнение, что нам в России вообще не нужны солнечная и ветроэнергетика, не имеет под собой оснований. Солнечная энергетика (с аккумуляторами) и ветроэнергетика сегодня могут быть оправданны в удаленных районах, где нет возможности подключиться к сети. В конце концов, более 70% территории нашей страны, на которой проживает около 20 млн человек, находится вне системы централизованного энергоснабжения. Опыт РусГидро , которая комплектует солнечные и ветровые электростанции с дизельными установками и устанавливает такие комбинированные установками даже за Полярным кругом, доказывает, что это не только возможно, но и позволяет окупать капитальные затраты за счет экономии северного завоза топлива.

Послесловие про «Теслу»

Трудно представить восторг водителя машины, каждое колесо которой оснащено индивидуальными движками в 100 л.с. (75 кВт) с плоским, без провалов, моментом. Мы скоро придем к этому, но пока и два движка 100 кВт (по одному на переднюю и заднюю ось) вызывают прилив счастья у пользователей таких авто. Однако чем ближе день, когда такие авто сделаются широко распространенными, тем ближе неприятности, о которых пока мало кто думает (и речь совсем не об аккумуляторах).

Современный электромобиль тратит примерно 20 кВт*ч на 100 км пробега. Эта дистанция близка к обычному дневному пробегу американской машины, судя по публикуемым пробегам в их каталогах подержанных машин.

При напряжении аккумуляторов в 400 В (как у Теслы), сила тока для полного заряда в течении 6 минут должен быть: 20’000/400В/0,1 ч = 500А. Соответственно мощность зарядного устройства: 0,5кА х 400В = 200 кВт (при 100% КПД).

Электромобиль Tesla на зарядке, Фото: cbsistatic.com

Почему именно 6 минут? Потому что это время, которое обычно тратится на заправке для заливки в бак топлива вроде бензина-солярки. Эту привычку будет крайне трудно переломить.

Далее должен последовать выбор: или владельцы электромобилей согласятся сидеть рядком у электро-заправки, словно воробьи на жердочке, ожидая зарядки своих авто сниженным током, скажем, целый час для тока 50А, или они начнут этим возмущаться, и ток зарядки в 500А быстро сделается стандартным.

Во что более верится?

Конечно, в домовых паркингах ток зарядки может быть значительно меньше. Но после пары ситуаций, когда владелец, едва поставив авто на зарядку, будет вынужден снова отправиться в путь на полупустом аккумуляторе с риском застрять где-то в дороге, можно быть уверенным, что ток зарядки будет сразу выставлен на максимум.

А к чему это приведет?

К тому, что неизбежно случится, если об этом не подумать заранее: к коллапсу единой энергосистемы. Ибо три таких машины на зарядке по потреблению электроэнергии равны возможностям трансформатора, питающего 1’000 квартир без электропечей или 600 квартир с электропечами.

В каждом часовом поясе приехавшие на работу / с работы станут массово ставить свои машины на зарядку, на что при нынешних российских 44 млн легковушек на руках, замени мы их завтра электромобилями, понадобятся дополнительные 44 млн х 0,2 МВт = 8’800 ГВт (!) установленной мощности в системе. Это 8’800 гигаваттных генераторных блоков или 2’200 крупных АЭС по 4 таких блока на станцию. Для сравнения, на апрель 2017 года в России имелось 10 действующих АЭС с общим числом в 35 энергоблоков суммарной установленной мощностью 28 ГВт.

От такого у любого адепта позеленеет в глазах. Автор этих строк, правда, смухлевал, решив не загружать текст интегрированием зарядок по времени, т.к. картина всё равно будет страшная.

Начинаем «экономить» генерирующие станции. Для начала попробуем переустановить стандарт скорости зарядки на 50А – это позволит разом уменьшить количество требуемых АЭС в десять раз, до 220. Теперь чем мощней авто, тем дольше придется его заряжать в часах (но минимум 1 час). Затем придет время ограничения количества электромобилей. Скажем, разрешения на покупку будут разыгрываться в лотерее с потолком по стране 22 млн – тогда ещё уполовиним количество станций, до 110. После чего обязательно наступит день, когда электромобили личного пользования будет законно заряжать от общей сети только при токах зарядки 10А и менее.

Так элементарный инженерный расчет рушит розовую картину будущего, созданного буйным воображением адептов альтернативной энергетики.

Потенциал возобновляемой энергетики огромен. Так, только Солнце ежедневно посылает на Землю в 20 раз больше энергии , чем ее использует все население земного шара за год. Человек давно научился извлекать эту энергию, а технологический прогресс позволяет использовать возобновляемые источники энергии все более эффективно.

В общероссийской газете «Энергетика» (№5 март 2011) вышла статья А.Перова, название которой вынесено в заголовок. Тенденциозность подачи информации и незамысловатое манипулирование фактами дает основание думать о пропагандистском характере этого материала. Удивление вызывает сама постановка вопроса: возобновляемая энергетика – удел средневековья. В статье приведены некоторые факты и сделаны определенные выводы, с которыми я, как эксперт в области ВИЭ , позволю не согласиться. И предложу читателям иную точку зрения.

Статья А.Перова содержит несколько основных тезисов:

1) «Зеленая энергия» дорого обходится потребителям;
2) «Зеленая энергетика» не заменит традиционные источники энергии;
3) «Зеленая энергетика» не безупречна с экологической точки зрения;
4) Россия – сырьевая страна с дешевыми ресурсами, в которой отсутствуют технологии ВИЭ, и поэтому возобновляемая энергетика не является для нас приоритетом развития.

Теперь по каждому тезису отдельно.

«Зеленая» энергия дорого обходится потребителям

При рассуждениях о стоимости «зеленой» энергии для потребителей необходимо ответить на два вопроса. Во-первых, какова стоимость электроэнергии у нас в стране, которая не имеет сектора возобновляемой энергетики? Во-вторых, какова стоимость производства электроэнергии на возобновляемых источниках энергии при использовании современных технологий?

Известно, что за последние 10 лет электроэнергия в России подорожала в три и более раза. По прогнозу экспертов к 2014 году электроэнергия подорожает еще в 2 раза. В результате перехода к «ручному управлению» отраслью ситуация стала просто абсурдной: цены на электроэнергию в России, обладающей избыточными энергетическими ресурсами, мало того, что стали дороже, чем в большинстве стран, обеспеченных энергоносителями, но и приблизились к уровню стран, испытывающих серьезный недостаток в энергетическом сырье.

Об этом заявил Президент Дмитрий Медведев на заседании президиума Госсовета и привел в пример Курскую область, где предприятия, работающие на низком уровне напряжения, платили в январе 2011 года около 6 рублей за 1 КВт·ч. «Даже в Италии, которая является самой проблемной, с точки зрения электроэнергии, страной Западной Европы, этот уровень составляет 11–11,5 евроцентов», - заметил он.

Уже сегодня российские тарифы на электричество сравнимы или выше, чем в США, Франции и Великобритании. Распространенное мнение о том, что в России развитие возобновляемой энергетики нерентабельно из-за низких энергетических тарифов, является не верным.

С одной стороны, технологии «зеленой» энергетики за последние 10 лет совершили прорыв. Так удельная стоимость ветро-энергетических установок снизилась с 5000 до 1000 долл. за 1 КВт, а «чистая» себестоимость производства электроэнергии (без инвестиционной составляющей) уже находится на уровне 30-40 копеек за КВт·ч. Проекты строительства малых ГЭС со сроком окупаемости около 10 лет дают электроэнергию стоимостью 1,5-2 рубля за КВт·ч, а геотермальные станции – 3-3,5 рублей за КВт·ч. Фотоэлектрические модул и еще остаются достаточно дорогими: но именно это направление ВИЭ считается наиболее перспективным. Финансирование проектов НИОКР в этой сфере превышает более 10 млрд. долл. ежегодно. Эксперты ожидают, что в ближайшие 3-4 года эффективность фотоэлектрических преобразователей сравняется другими технологиями получения электроэнергии.

С другой стороны, ужесточение экологических требований и рост стоимости энергетических ресурсов привел к значительному удорожанию строительства традиционных генерирующих мощностей. Стоимость строительства традиционных тепловых станций за последние пять лет выросла с 1000-1200 долл. за 1 КВт до 2500-3000 долл.. Стоимость строительства будущей АЭС «Белене» в Болгарии составит около 10 млрд. евро за 2000 МВт, то есть 5000 евро за 1 КВт.

Подключение к сети ВИЭ ведет к удешевлению стоимости электроэнергии. Например, в Испании в 2009 году стоимость электроэнергии на момент максимальной выработки ветровой и гидроэнергии составляла 17 евроцентов за КВт·ч. Для сравнения среднегодовая цена электроэнергии в Испании в это время колебалась между 37 и 42 евроцентами за КВт·ч.

Подключение к сети блока АЭС сопоставимо со стоимостью самого блока в силу особых требований к схеме выдачи мощности по резервированию. Трагические события на Фукусима-1 в Японии однозначно приведут к ужесточению требований по безопасности АЭС, а значит, к увеличению общей стоимости строительства и эксплуатации.

Есть еще один факт, о котором автор статьи не упоминает, но о котором хорошо известно экспертам в области ТЭК - это государственная поддержка традиционной энергетики. По оценкам Международного энергетического агентства суммарная величина мер поддержки и стимулирования энергетики в России в настоящее время составляет около 40 млрд. долларов. Инвестиционная компания «Тройка Диалог» оценивает масштабы перекрестного субсидирования для ОАО «Газпром» примерно в 70 млрд. долл.. Программа поддержки ядерной энергетики в России, действующая в настоящее время, предусматривает выделение порядка 1 трлн. рублей (40 млрд. долл. в ценах 2008 г).

Спор об эффективности ВИЭ возникает по причине разных методик оценки отдельных проектов и комплексных программ развития возобновляемой энергетики, которые применяются в развитых странах и в России. В нашей стране применяются оценки краткосрочных экономических результатов отдельных проектов, забывая о безопасности и экологических последствиях от деятельности углеводородной и атомной энергетики. Такого рода анализ не учитывает будущие риски, связанные с ценами на топливо, будущими затратами на охрану окружающей среды и здравоохранение.

В современной истории российской промышленности пока не появилось объективного анализа о перспективах технологического развития отраслей, связанных с производством оборудования для ВИЭ.

Вывод: «зеленая» электроэнергия обходится потребителям не дорого. Точно не дороже атомной или угольной электроэнергии. Технологии развиваются и делают ВИЭ более эффективными и дешевыми, а угольные и атомные станции по причине ужесточения требований по экологии и безопасности становятся все более дорогими.

«Зеленая» энергетика не заменит традиционные источники энергии

Само по себе прямое противопоставление возобновляемой и традиционной энергетики, используемое автором статьи А.Перовым, является некорректным. Конечно нынешний уровень развития технологий, сложившаяся практика получения энергии, наличие углеводородного сырья в достаточных объемах пока являются ограничениями для массового внедрения ВИЭ. Но практика массового использования ВИЭ в Европе, США и Китае существует более 20 лет, а месторождения углеводородов, особенного дешевого, сокращаются. Поэтому объективный тренд в энергетики – развитие новых технологий получения энергии, включая ВИЭ. По мнению международных экспертов, ВИЭ уже сегодня могут замещать ископаемое топливо в четырех сферах: производстве электроэнергии, приготовлении пищи и отоплении помещений, производстве моторного топлива, автономном снабжении энергией удаленных потребителей и в сельской местности.

Наиболее слабым местом ВИЭ является более высокие удельные капиталовложения по сравнению с традиционными ПГУ и ГТУ. Это связано с высокой капиталоемкостью оборудования, необходимостью создавать большие площади энергоустановок, «перехватывающих» поток используемой энергии (приемные поверхности солнечных установок, площадь ветроколеса, протяженные плотины приливных электростанций и т. п.), дополнительными затратами на преобразование и аккумулирование энергии. К недостаткам ВИЭ на современном этапе развития технологий также следует отнести и трудности, связанные с невозможностью постоянного сопряжения производства электроэнергии с ее потреблением (графиком нагрузки), или интегрирования энергетических установок на базе ВИЭ в общую силовую сеть. Эти проблемы решаются с помощью современных преобразователей частоты и накопителей энергии. Во избежание изменений параметров объединенной энергосистемы (прежде всего частоты), доля нерегулируемых электростанций (ветро- и солнечных электростанций) не должна превышать, по оценке экспертов в области диспетчеризации электроэнергии, 10-15% общей мощности. Хотя в Дании доля ВИЭ в общем электрическом балансе в отдельные месяцы составляет до 50%, а внутри суток, особенно ночью, достигает 100%. В Испании эти показатели составляют 30% и 50% соответственно.

Вклад ВИЭ в мировой энергобаланс пока невелик, около 20% конечного потребления энергии. При этом на долю биомассы и гидроэнергии , используемых традиционными способами, приходится основная часть - около 17%, на долю нетрадиционных ВИЭ – около 3%. Но именно с нетрадиционными ВИЭ связывают будущее энергетики.

Масштабное развитие ВИЭ и технологий аккумулирования энергии будет означать снижение доли централизованной крупной энергетики. Для общества это будет означать автономизацию и независимость от крупных энергетических компаний, а также повышение надежности электроснабжения.

Ускоренное развитие ВИЭ в электроэнергетике потребует пересмотра концепции «базовой нагрузки» с переходом к концепции «распределенной нагрузки». Технологически отказ от «базовой нагрузки» возможен. Это будет означать значительную децентрализацию поставщиков электроэнергии. Конфликт между базовой генерацией (АЭС, уголь) ожидается в развитых странах к 2030 году, где активно развивается ВИЭ. Но предвестники этого конфликта наблюдаются уже сейчас. И статья А.Петрова подтверждение этому.

Общий вывод очевиден. Научно-технический прогресс, появление новых технологий и материалов постоянно повышают конкурентоспособность ВИЭ, которые уже замещают традиционные источники энергии в значительном объеме. Общественное мнение «сдвигается» в сторону «распределенной энергетики», где основное место займут ВИЭ.

«Зеленая» энергетика не безупречна с экологической точки зрения

Сформулировав этот тезис, автор статьи А.Перов использует прямое манипулирование информацией. Приводя пример о возможном вреде «зеленого» топлива - этанола и смене характера землепользования при выращивании сырья для него, автор ставит под сомнение «экологическую безупречность» ВИЭ. К этим аргументам можно добавить проблему затопления больших площадей и необходимость переселения больших масс населения при строительстве больших гидростанций, проблему утилизации лопастей ветроэнергетических машин и т.д. Но все эти проблемы в сравнении с экологическими последствиями от загрязнения окружающей среды атомными и угольными станциями представляются техническими трудностями.

Спрос на «зеленую» энергию и «низкоуглеродную» энергетику появился и сохраняется не потому что, как считает автор, международные ассоциации захотели развивать новые отрасли, но как ответ общественности на глобальное загрязнение окружающей среды и монополизм энергетических компаний.

Есть еще один важный аргумент глобального преимущества возобновляемой энергетики перед топливной – это энергетическая эффективность. Дело в том, что энергии, выработанной электрической установкой на ВИЭ в течение всего срока службы, в 5-10 раз больше, чем энергии, затраченной на создание и функционирование этой установки, с учетом оборудования и материалов, транспортных и строительно-монтажных работ.

Таким образом, постепенный переход на возобновляемую энергетику одновременно означает переход человечества на новую ступень энергетической эффективности.

Перспективы «зеленой» энергетики в России

Насколько «дешево» обходится нам энергия на основе «дешевых» энергетических ресурсов я уже сказал в первой части статьи.

Россия располагает огромными ресурсами по всему набору видов ВИЭ. В отчете по результатам проекта TACIS «Перспективы развития ВИЭ в России» даны оценки валового, технического и производственного потенциала некоторых видов ВИЭ. Так производственный солнечный потенциал для выработки тепловой энергии оценивается в 1,4-1,7 млн. т.у.т. в год, что достаточно для обеспечения 12-14 млн. человек горячим водоснабжением с приемлемым качеством по цене менее 2000 рублей за 1 Гкал. Производственный ветровой потенциал для выработки электроэнергии оценивается в 36 млн. т.у.т. в год или 120 млрд. КВт·ч по цене около 2-2,5 рублей за КВт·ч.

Общая оценка производственного потенциала солнечной, ветровой, гидро и геотермальной энергии, а также энергии биомассы, сточных вод и т.д. превышает 250 млн. т.у.т. ежегодно или около 30% всех потребляемых первичных энергетических ресурсов России за год. Следует отметить, что детальные расчеты потенциала нетрадиционных ВИЭ в России производились в конце XX века. К настоящему времени они, по всей видимости, возросли с учетом повышения эффективности технологий ВИЭ.

Несмотря на обеспеченность традиционными энергоносителями, Россия заинтересована в использовании нетрадиционных ВИЭ. Последние могут иметь несколько сфер применения. Во-первых, это энергообеспечение северных и других труднодоступных и удаленных районов, не подключенных к общим сетям, где проживают более 10 млн. человек. В целом «северный завоз» оценивается в 7 млн. т нефтепродуктов и 23 млн. т угля. При этом топливо доставляется водным, автомобильным и даже воздушным транспортом. Такое топливоснабжение обходится стране в 500 млрд. рублей ежегодно. Себестоимость производства электроэнергии в таких регионах превышает 10 и даже 50 рублей за КВт·ч, а тепла 3000 рублей за 1 Гкал, что делает применение технологий ВИЭ коммерчески привлекательным.

Увеличение генерирующих мощностей в энергодефицитных регионах - другая сфера возможного применения нетрадиционных ВИЭ в России. Более 15 млн. россиян проживает там, где централизованное электроснабжение ненадежно и потребителей регулярно отключают от сети. Аварийные отключения дезорганизуют жизнь городов и сельской местности, наносят огромный ущерб промышленному и сельскохозяйственному производствам. Использование местных нетрадиционных ВИЭ, главным образом, энергии ветра, малых ГЭС и биомассы позволило бы избежать таких потерь и одновременно сократить потребность в привозном топливе.

Децентрализованное снабжение электроэнергией и теплом сельских районов, в том числе отдаленных изолированных поселений, семейных ферм, индивидуальных загородных домов также является перспективной сферой использования нетрадиционных ВИЭ. Более того, часто это единственный способ их снабжения. В число потенциальных потребителей нетрадиционных ВИЭ могут также войти предприятия лесной и рыбной промышленности, метеорологические, коммуникационные, археологические и геологические станции, радары, маяки, морские нефтяные и газовые платформы.

Изменение климата непосредственным образом связано с последствиями сжигания углеводородов и, как следствие, выделением углекислого и других парниковых газов. В России около 85% парниковых выбросов антропогенного происхождения приходится на энергетический сектор, включая энергетику, транспорт, промышленность и коммунальное хозяйство. Улучшение экологической обстановки на курортах и в других местах массового отдыха населения, а также в городах со сложной экологической обстановкой, может быть достигнуто за счет широкого внедрения нетрадиционных ВИЭ (солнечных коллекторов, биогенераторов, тепловых насосов, ветроустановок и т. п.).

Основным мотивом развития ВИЭ в России должно стать обеспечение диверсификации топливно-энергетического баланса субъектов Российской Федерации и страны. Такая диверсификация должна стать элементом Концепции энергетической безопасности на долгосрочную перспективу. В России имеются все возможности создания оптимально диверсифицированного топливно-энергетического баланса, в котором равные доли будут приходиться на тепловую газовую и угольную генерацию, АЭС и ВИЭ.

Необходимо сказать и о международном аспекте развития ВИЭ. Россия поддерживает статус мировой энергетической державы. Как показал опыт сотрудничества в рамках «большой восьмёрки», решение мировых и европейских энергетических проблем не мыслится без развития возобновляемой энергетики. В сентябре 2000 г. 189 стран – членов ООН приняли Декларацию тысячелетия, в которой обозначены 8 целей, 7 из которых связаны с использованием ВИЭ.

Сегодня очевидным является тот факт, что в России отсутствует производство оборудования для ВИЭ. Однако сохранились производственно-технические и технологические заделы. В настоящее время на рынке ВИЭ в России активно продвигаются технические проекты таких компаний, как: «Нитол» и «Хевел» (солнечная энергетика), «Ростехнология» и «Новый ветер» (ветроэнергетика), «Институт высоких температур» (геотермальная энергетика), А-Energy (биоэнергетика) и т.д. Полагаю, что и опыт иностранных партнеров будет востребован в полной мере.

Необходимо отметить, что в технологиях возобновляемой энергетики реализуются последние достижения многих научных направлений и технологий: метеорологии, аэродинамики, электроэнергетики, теплоэнергетики, генераторо- и турбостроения, микроэлектроники, силовой электроники, нанотехнологии, материаловедения и т.д. В свою очередь развитие наукоёмких технологий имеет значительный социальный и макроэкономический эффект в виде создания дополнительных рабочих мест за счет сохранения и расширения научной, производственной и эксплуатационной инфраструктуры энергетики, а также создания возможности экспорта наукоёмкого оборудования. Так, например, 1 рабочее место собственно в ветроэнергетике сопровождается созданием 4-5 рабочих мест в смежных отраслях. В России социальный аспект приобретает особую актуальность, т.к. сооружение электрической станции в удаленных районах дает основу для развития местной промышленности, а сооружение местных котельных на базе ВИЭ даёт дополнительные гарантии надёжности теплоснабжения в зимний период.

Несмотря ни на что, ситуация в России меняется. Цены на топливо и энергию растут, экологические требования и стандарты безопасности ужесточаются. В ноябре 2009 г. Правительством РФ принята новая Энергетическая стратегия России на период до 2030 г., в которой значительное внимание уделено перспективам развития альтернативной энергетики. Согласно этому документу, к 2030 г. доля нетрадиционных ВИЭ в отечественном энергобалансе должна составить не менее 10% или около 100 млрд. КВт·ч.

Автор статьи А.Перов задает риторический вопрос «в чем, собственно, заключается выигрыш российских потребителей энергоресурсов, которые будут вынуждены из своего кармана оплачивать приобщение к «прогрессивным веяниям»? Ирония автора не понятна, если вспомнить что России питается на половину импортными продуктами питания, а об одежде и говорить нечего. Ирония автора не понятна, если посмотреть на новейший опыт автомобилестроения, где усилия государства приводят к тому, что российский автопром перенимает западные технологии, а жители страны получают возможность ездить на более дешевых, более безопасных и более экономичных машинах.

Отсюда и вывод. России надо развивать ВИЭ. Или форме проектов, реализуемых государственными компаниями, или в форме демонстрационных проектов, реализуемых на принципах государственно-частного партнерства, или путем принятия соответствующего законодательства для массового внедрения ВИЭ. Возобновляемая энергетика – это новые технологии и реальная модернизация научного комплекса и промышленности в широком смысле, это диверсификация топливно-энергетического баланса и энергетическая безопасность отдельных регионов и страны в целом, это сбережение углеводородов для будущих поколений, которые найдут ему более рациональное применение, это экология наших городов и здоровье нас и наших детей, это новое качество нашей жизни.

Заключение

Мировая энергетика находится на перепутье. Экономика требует все больше энергии, а запасы ископаемого топлива, на котором основана традиционная энергетика, не безграничны. Рост стоимости ископаемого топлива усугубляется и тем, что достигшее колоссальных размеров использование углеводородов наносит ощутимый вред окружающей среде, что отражается на качестве жизни населения.

ВИЭ – огромный растущий рынок с ежегодным оборотом более 50 млрд. евро с мощным мультипликативным эффектом в сфере образования, науки и производства.

В мире расширяется и ускоряется процесс перехода к новой технологической платформе глобальной энергетики, в котором ВИЭ займет значительное место с долей в 30-35%, а все безуглеродные технологии будут составлять больше 60%.

России требуется постановка новой задачи – оптимизация топливно-энергетического баланса регионов с одновременным улучшением качества жизни населения. Эта задача решается с помощью широкого использования ВИЭ и местных видов топлива.

В прикладных технологиях России отстала на 10-20 лет от развитых стран. Но при разумном использовании ресурсов государства и бизнеса можно осваивать существующие западные технологии, поддерживать собственные разработки новейших технологий, а также финансировать исследования в перспективных направлениях энергетики будущего.

В России давно пора развивать возобновляемую энергетику. Для этого существуют все предпосылки и нужен толчок – принятие законодательной базы. В противном случае «средние века» для России наступят совсем скоро в виде низкой эффективности систем жизнеобеспечения, пренебрежения к экологическим проблемам и несопоставимо низким качеством жизни людей.

Кулаков Андрей,
руководитель отраслевого отделения «Возобновляемая энергетика и альтернативные системы энергоснабжения» общероссийской общественной организации «Деловая Россия»

Публикации

Рост рыночной доли возобновляемых источников энергии связан не столько с совершенствованием ветряных турбин и солнечных панелей, сколько с развитием технологий хранения энергии, а в этой области прорывов пока не видно

РБК продолжает публикацию совместных материалов с проектом «Россия будущего: 2017-2035». Цель проекта, который реализуется Центром стратегических разработок (ЦСР) совместно с Министерством экономического развития, — очертить вызовы будущего и понять, готова ли Россия на них ответить.

Продолжение. Начало читайте в номере газеты РБК за 13.04.2018 и .

На первый взгляд прогресс в области возобновляемых источников энергии (ВИЭ) способен резко снизить, если не свести к нулю, спрос на газ и уголь в энергетической сфере, а с переходом транспорта на электричество — и на нефть. Однако сравнивать стоимость энергии из традиционных и возобновляемых источников достаточно сложно. Основная проблема в том, что традиционная энергетика работает по требованию: газовые и угольные электростанции способны выдавать мощность в том объеме и в то время, когда это нужно рынку. А вот солнечные и ветровые станции работают лишь тогда, когда светит солнце и дует ветер.

Сейчас можно увидеть сообщения, что, например, в Германии в какой-то день все потребности в электричестве были покрыты солнечной и ветровой генерацией. Но никто не говорит, что случаются не дни, а целые недели, когда ветер и солнце покрывают менее 10% потребностей. Этот дисбаланс можно выровнять только за счет тепловой генерации, так как существующие системы хранения энергии достаточно дороги и позволяют запасать ее лишь на несколько часов, для покрытия суточных пиков. В результате даже в самых продвинутых энергосистемах при достижении нестабильной возобновляемой энергетикой доли около 30-40% ее дальнейший рост резко замедляется. Как следствие, действительно мощный прорыв в области ВИЭ связывается не столько с совершенствованием ветряных турбин и солнечных панелей, сколько с развитием батарей.

Перспективы электротранспорта

Батареи также являются элементом, от которого зависит электрификация транспорта. Бензином пользуются потому, что он позволяет компактно и безопасно хранить в автономном транспортном средстве большие запасы энергии. И чтобы конкурировать на равных, батареи должны как минимум запасать сравнимое количество энергии, а в идеале — и заряжаться за время, сравнимое с заправкой автомобиля жидким топливом. Пока батареи не способны удовлетворять всем этим требованиям и, видимо, еще довольно долго не смогут. Тем более что вопрос не только в технической осуществимости, но и в том, насколько легко и быстро можно будет перевести всю энергетическую и транспортную систему на новые рельсы.

В мире сейчас около миллиарда автомобилей, и прогнозируется , что к 2040 году их будет вдвое больше. В год производится около 80 млн машин, одна служит около 12 лет. При этом все мировые мощности по производству батарей, запланированные к введению к 2020 году, смогут произвести батарей максимум на 5 млн электромобилей (это уже будет утроением нынешних мировых мощностей). По самому оптимистичному прогнозу, в 2030 году четверть калифорнийского автопарка станет электрическим. При этом в базовом прогнозе предполагаются в несколько раз меньшие цифры — и это в самом экологически озабоченном и богатом штате США, где электромобили превратились в символ.

В результате в большинстве прогнозов спроса на нефть предполагается, что он будет расти как минимум до середины 2030-х годов. Есть прогнозы со спадом спроса начиная с середины 2020-х, но без разумных оценок, как этого достичь. И даже в этих прогнозах спад спроса достаточно медленный, означающий, что в 2040 году потребление нефти будет на уровне 2000-го. Падение спроса на газ в обозримой перспективе не прогнозирует практически никто.

Тем не менее не стоит думать, что это однозначно хорошие новости для России.

Проблемы углеводородов

Прежде всего, довольно сложные времена могут наступить для угольной отрасли. Уголь — хотя и очень дешевое, но экологически весьма грязное топливо. Поэтому его потребление, видимо, начнет достаточно резко сокращаться как в Европе, так и в Китае. Дело могут поправить технологии улавливания CO 2 при сжигании угля, но они пока находятся в зачаточном состоянии. Россия — третий в мире экспортер угля. От угля зависит благополучие нескольких регионов, которым, видимо, стоит задуматься о диверсификации своей экономики.

С нефтью ситуация менее однозначна. С одной стороны, в короткой и средней перспективе цены на нефть могут даже вырасти.

В короткой (на горизонте трех—пяти лет) — за счет того, что после резкого падения цен в 2014 году инвестиции в добычу сократились практически вдвое, многие проекты были заморожены или закрыты. В результате в начале 2020-х годов, когда эти проекты должны были бы заместить падающую добычу на старых месторождениях, может создаться некоторый дефицит, который, конечно же, на своих условиях будет восполнен странами ОПЕК.

В средней (на горизонте 10-15 лет) — цена на нефть тоже может быть относительно высокой. Если нефтяная отрасль воспринимается как закатная, то все менеджеры, приученные в бизнес-школах вкладываться в растущие, а не закатные отрасли, будут склонны избегать вложений в нефтедобычу. В результате, по крайней мере в развитом мире, все меньше капитала будет доставаться Shell, BP и ExxonMobil и все больше — Tesla, Uber и Alphabet. Однако если темпы развития альтернативной энергетики и электротранспорта будут не так впечатляющи, как сейчас рисуется в некоторых прогнозах, то падение спроса на нефть будет идти медленнее (если вообще будет), чем падение предложения. Таким образом, у России практически наверняка есть время как минимум еще на один крупный инвестиционный цикл в нефтедобыче.

В более же долгосрочной перспективе ситуация может оказаться сложнее. Нефть — это товар с одним из самых высоких уровней природной ренты. Цена на нее сейчас определяется во многом тем, что крупнейшие держатели нефтяных запасов (в первую очередь Саудовская Аравия) решили производить нефти меньше, чем могли бы. В сценарии бесконечно сохраняющегося спроса на нефть — это разумная стратегия. Но в сценарии снижающегося спроса может оказаться разумным поскорее монетизировать свои запасы, особенно в условиях конкуренции. Если это произойдет, цена на нефть может значительно упасть. Парадоксальным образом такое падение цены и исчезновение ореола потенциального дефицита нефти может продлить ее век, сделав иные источники энергии менее привлекательными (если не обращать внимания на углеродный след).

Последствия для России

Для России это будет означать, что спрос на российские нефть и газ сохранится (по мировым меркам они весьма дешевы в производстве). Однако они могут перестать быть источниками сверхдоходов и стать аналогом других производственных отраслей, создающих рабочие места, платящих налоги, но не являющихся основным наполнителем бюджета. Российская нефтегазовая отрасль способна вынести существенное снижение цен. Она и сейчас отдает в качестве налогов на ведение бизнеса около половины выручки, не считая налогов на прибыль, имущество, ЕСН и т.д. Важно, чтобы при снижении нефтегазовых доходов бюджет был к этому готов и не пытался бы компенсировать его увеличением налогового бремени.

Необходимо также понимать, что даже при сохранении мировых цен доходы от нефтегазового сектора будут падать, так как будет расти себестоимость добычи. Значительный рост добычи в США оказался возможен именно за счет значительного увеличения затрат в расчете на баррель. Подчеркну, что для нашей страны это все равно выгодно: высокотехнологичная добыча обеспечивает спрос на продукцию машиностроения. Кроме того, нефтяная отрасль — один из крупнейших потребителей услуг ИТ-сектора, она является якорным заказчиком, для которого создаются продукты, которые потом можно выпускать на более широкий рынок.

Нефтедобывающий сектор останется важным для российской экономики, в том числе для экспорта. Но в этом нет ничего плохого — сырьевой сектор важен для таких динамично развивающихся стран, как Бразилия, Канада, Австралия и ЮАР. Даже США своим экономическим благополучием тоже во многом обязаны своему сырьевому сектору — так было и в XVII веке, когда таким сырьем была атлантическая треска, и в XXI веке, когда после 2008 года именно бум добычи сланцевой нефти вытянул экономику США из кризиса.

Кроме того, России стоит попробовать занять место в новых отраслях, появляющихся благодаря прогрессу в энергетике. Если производство ветряков и солнечных панелей — уже достаточно зрелый бизнес, то в производстве батарей могут еще появляться новые интересные ниши.

Отдельный вопрос: каким должен быть энергобаланс России через 20 лет? Насколько широко стоит переходить на ВИЭ? В России есть регионы с высокими показателями доступности солнечного света и с сильным ветром. В основном они, правда, расположены вдоль побережья арктических морей (если говорить о ветре) и далеко в Сибири (если говорить о солнце). В этих регионах, несомненно, стоит развивать альтернативную энергетику, особенно учитывая, что сейчас они зачастую освещаются и отапливаются с помощью привозного дизельного топлива. Но это весьма малая честь энергобаланса страны, и транспортировать электроэнергию из этих районов туда, где живет основное число россиян, очень дорого. Можно размещать солнечные батареи в южных районах России, но там они будут конкурировать за земли с сельским хозяйством.

С другой стороны, сценарий быстрого развития альтернативной энергетики на глобальном уровне предполагает снижение спроса на российские нефть и газ, а также снижение цены на них. В такой ситуации экономических причин для ускоренного перехода на новую энергетическую платформу у России может и не оказаться, поскольку вместо отправки газа и нефти на экспорт их можно будет использовать внутри страны.

Сергей Вакуленко, руководитель департамента стратегии и инноваций компании «Газпром нефть»

Во многих развитых странах мира действует специальная правительственная программа «зеленый тариф», стимулирующая развитие микрогенерации электроэнергии из возобновляемых источников. В чем заключается смысл этой программы, как подключиться к ней и насколько выгодно осуществлять продажу излишков солнечного или ветрового электричества? Найти ответы на эти и другие тематические вопросы можно в нашей публикации.

Что такое зеленый тариф и принят ли он?

В анонсе статьи мы упоминали, упоминали, что зеленый тариф, по сути, является стимулирующей программой, направленной на развитие малой альтернативной энергетики. Стимулятором в данном случае выступает специальный тариф, по которому государство выкупает излишки энергии.

Учитывая высокую стоимость генераторов альтернативной энергии и сопутствующего оборудования, включая согласующие устройства для подключения к общей электрической сети, зеленый тариф должен быть выше действующих расценок, чтобы имелась возможность окупить затраты, после чего получать чистую прибыль.

Основная задача зеленого тарифа.

В далекой перспективе, внедрения зеленого тарифа должно снизить расход невозобновляемых источников энергии (нефть, уголь, природный газ) путем стимулирования развития альтернативной энергетики и привлечения инвестиций в эту сферу. Теоретически, концепция вполне разумна, но малопривлекательна ввиду больших стартовых вложений, все-таки стоимость оборудования (солнечных панелей, аккумуляторных батарей, преобразователей энергии и т.д.) довольно высока.

И вот здесь мы подходим к основной идее данного проекта – снижение стартовых издержек путем введения специального (повышенного) тарифа, по которому у частных производителей электроэнергии государство покупает электричество (точнее его излишки). Теоретически, концепция вполне разумна, теперь посмотрим на ее реализацию.

В России

Как уже упоминалось выше, на сегодняшний день Правительством России еще не был утвержден закон о принятии зеленого тарифа. Планируется, что он будет запущен во второй половине 2018 года. На текущий момент имеются утвержденные Правила, согласно которым владельцы минигенераторов, установленных в частных домохозяйствах, могут продавать излишки электроэнергии государству, если они добыты из возобновляемых источников. Осталось дождаться публикации Постановлений, в которых будет указано, на каких условиях предоставляется льготный тариф.

• Максимальная мощность станции (источника энергии) ограничена 15-ю киловаттами.
• Альтернативный источник должны располагаться только в частном доме, если он установлен в многоквартирном жилом комплексе, то тариф не распространяется на такое устройство. То есть, должна производиться только на крыше частного дома.
• Предприятия Энергосбыта не могут отказаться от выкупа излишков электрической энергии, вырабатываемой солнечной батареей или другими видами минигенераторов.
• При установке размера зеленого тарифа принимается во внимание средняя стоимость электричества от альтернативных источников на региональном рынке электроэнергии.
• Владельцы и ветряков при получении прибыли по зеленому тарифу освобождаются от уплаты подоходного налога.

Следует принять во внимание, что перечисленные выше условия могут быть пересмотрены на момент принятия Постановления Правительства о развитии альтернативной энергетике. Изменений также может коснуться условий, на которых будет производиться подключение объектов малой генерации к государственной сети энергоснабжения и их ввод в эксплуатацию. В этом случае, с большой долей вероятности, будут пересмотрены правила регистрации электросчетчиков.

В Украине

Украина подписала договор Энергетической хартии почти десять лет назад, что на законодательном уровне «привязало» зеленый тариф к евро. После девальвации местной валюты из-за нестабильного экономического положения, в виду последних событий, Национальная Комиссия регулирования электроэнергетики (НКРЭ) была вынуждена произвести перерасчет (в данном случае понижение) тарифов в 2016 году (Закон Украины №5129). Помимо этого мощность малых установок, производящих электричество планируется уменьшить с 30 до 15 кВт.

В нашей статье мы будем еще неоднократно обращаться к опыту Украины по внедрению зеленого тарифа, особенно в вопросах окупаемости оборудования и получении прибыли.

В Европе и США

США можно считать родоначальником «зеленой энергетики», именно в этой стране в 1978 году на законодательном уровне был впервые введен механизм привлечения инвестиций в развитие технологий альтернативной энергетики. Такое решение было принято в связи энергетическим кризисом, выйти из которого удалось при помощи повышения выработки электроэнергии от возобновляемых источников благодаря введению зеленого тарифа и грамотной программе энергосбережения.

Несмотря на то, что Европа считается лидером по внедрению альтернативной энергетики, программа привлечения инвестиций к развитию «зеленых технологий» появилась здесь на 13 лет позже, чем в США. Первой европейской страной, поддержавшей идею развития зеленой энергетики, стала Германия (в 1991 году). Через год к программе присоединилась Швейцария, и еще через год – Италия.

Сейчас различные государственные программы стимулирования развития малой энергетики от возобновляемых источников действуют более чем 45-и странах по всему миру. В приведенной ниже таблице отображается зависимость увеличения мощностей генерации «зеленой» электроэнергии после введения программ государственной поддержки.

Как получить зеленый тариф?

Поскольку в России еще не принята программа государственной поддержки для развития технологий использования альтернативных (возобновляемых) источников, то механизм получения зеленого тарифа еще не до конца понятен. Вполне вероятно, он не будет сильно отличаться от украинского варианта, где чтобы подключить тариф физлицу необходимо действовать по алгоритму, представленному на рисунке.

Обозначения к рисунку о порядке оформления зеленого тарифа:

После выполнения всех выше перечисленных пунктов можно осуществлять продажу электроэнергии государству.

Как продавать электроэнергию государству?

На данный момент, пока Правительство не приняла соответствующего постановления сложно сказать, как будет организована в России поддержка развития альтернативной энергетики. Насколько известно, рассматривается два варианта:

1. Система взаиморасчетов, в данном случае владелец мини электрогенератора в случае необходимости может потреблять электроэнергии из общей сети. Например, в период слабой солнечной активности мощность электростанции (на солнечных панелях) будет существенно уменьшаться, соответственно, выработки электричества будет недостаточно для собственных нужд. Если по итогам отчетного периода, сгенерированной энергии меньше, чем потребленной, то разница оплачивается по общепринятому (обычному) тарифу. При излишках электрической энергии разница зачисляется на следующий расчетный период или выплачивается в виде денежной компенсации (в зависимости от условий договора).
2. Производители электроэнергии продают ее излишки государству по стоимости превышающей цены на местном энергетическом рынке. Вполне вероятно, что будет действовать ограничение на мощность солнечного и (планируется 15,0 кВт). Продажа электроэнергии напрямую потребителям не предусмотрена, поскольку для этого необходимо иметь статус энергокомпании, а это накладывает совсем другие требования.

Какой из двух вариантов будет выбран, пока неизвестно.

Выгодно ли продавать электричество государству?

Поскольку у нас зеленый тариф пока не введен, обратимся к опыту соседей. Для этого мы произведем расчеты, которые покажут, насколько рентабельны такие инвестиции.

Возьмем типовую солнечную мини электростанцию на 10 кВт. Оборудование с установкой «под ключ» обойдется примерно в $12000. При тарифной сетке 0,18 евро за киловатт, с учетом расходов под собственные нужды (200 кВт), годовой доход будет порядка $1650 (для количества солнечных дней, соответствующих средней полосе), соответственно, срок окупаемости составит порядка 7,5 лет. После этого продажа электроэнергии по специальным тарифам будет приносить чистую прибыль.

Положительные и отрицательные стороны.

Введение зеленого тарифа будет, безусловно, выгодно для тех, кто владеет небольшими генерирующими установками, работающими от энергии солнца или силы ветра. В данном случае преимущества отразятся в виде дополнительной прибыли в семейный бюджет. Помимо этого внедрение зеленых технологий положительно влияет экологическую обстановку.

Что касается отрицательной стороны медали – это увеличение расходной статьи бюджета государства. Помимо этого следует учитывать, что солнечная энергетика, а также другие виды возобновляемых энергоносителей, оказались дорогим удовольствием. Сейчас Германия вынуждена покупать электроэнергию по зеленым тарифам, заключенным при стоимости киловатта 0,5 евро. При этом нынешняя стоимость (причем даже не минимальная) солнечной электрической энергии около 0,12 евро. Как видите, покупка «зеленой» электроэнергии может стать серьезным бременем для бюджета страны.

Статьи