Массовая «альтернативная» энергетика в России – это реально?08.12.2016 11:03

Альтернативная энергетика в России (в первую очередь — ветряки и солнечные батареи) попросту не работает. Точнее, эти вещи пока не работают. Причин много, но главные — мы копаем нефть, газ и уголь, и городской ввод у нас не просто дешевле, а дешевле на порядок даже в самых запущенных случаях далёкого завода на берегу Балтийского моря, где, казалось бы, дует постоянный сильный ветер. В странах, где альтернативка реально работает, другие условия инфраструктуры: компактные географически сети, компенсации от государства для полей ветряков, есть возврат энергии в городскую сеть, если сейчас она не потребляется с батарей.

С другой стороны, у нас есть невероятное преимущество: длина страны такая, что когда где-то ночь, где-то на другом конце страны уже день. А, значит, можно очень хорошо «размазать» пики потребления за счёт продуманной инфраструктуры. А ещё у нас есть гидроэлектростанции, которые отлично работают на возобновляемой энергии. И очень-очень дешёвая атомная энергетика.

Почему альтернативная, почему не возобновляемая? Потому что с возобновляемой энергетикой как таковой дела у нас обстоят неплохо. Около 20% установленной мощности и около 17% вырабатываемой энергии в общем балансе страны составляет энергия гидроэлектростанций. Россия обладает вторым после Китая местом в мире по экономически обоснованному гидроэнергетическому потенциалу. Серьёзный показатель. Гидроэнергетика — это источник чистой энергии с вменяемыми капитальными затратами и минимальной стоимостью вырабатываемой энергии. Здесь есть свои плюсы и минусы, но речь сегодня не о них. Речь о тех источниках, которые сейчас модно называть «альтернативной» энергетикой, прежде всего — о ветре и солнце. Вот с их использованием в России дело идёт не быстро.

Причина первая. Мы богаты ископаемым топливно-энергетическим сырьем. Уголь, газ и нефть — это примерно 2/3 вырабатываемой нами энергии, атомные электростанции — ещё 17%. Да, вырабатываемая энергия из этих источников дороже «условно бесплатной» энергии солнца и ветра, но инфраструктура уже создана нашими отцами и дедами, и она работает. В то время как для создания альтернативной энергетики требуются капитальные затраты (и затраты немалые), и это в условиях дорогого кредита. Например, стоимость 1 кВт установленной мощности солнца и ветра составляет около 1000 долларов, т. е. примерно на уровне стоимости газовой электростанции. Но есть нюанс. Построить источник на 1 кВт и гарантированно получить от него 1 кВт мощности, как говорил любимый сатирик, это две большие разницы. Поясню. Газовая или угольная электростанции работают с КИУМ (коэффициентом использования установленной мощности) 0,4–0,6, а у «альтернативщиков» этот параметр в 2–5 раз меньше. Что это означает? Это значит, что солнце не всегда светит так, как в полдень в июле, и ветер не всегда под 10 м/с (это условия максимальной выработки энергии). Основную часть времени в году даже в лучших местах и солнца меньше (а ведь ещё и ночь бывает), и ветер слабее, а бывает и полный штиль. Получается так. Построили мы угольную станцию на 100 МВт и получаем от неё в среднем 60 МВт каждый час и днём, и ночью 24 часа, 365 дней в году. Второй вариант. Построили за те же деньги парк ветрогенераторов с установленной мощностью те же 100 МВт, но вот получать от него в году будем в среднем 20 МВт в час, т. е. эффективность вложений на выработанный кВт получаем в 3 раза меньшую. А это значит, что для замещения одной угольной станции нам нужно поставить ветряков в три раза больше установленной мощности с соответствующими капитальными затратами. С другой стороны, стоимость вырабатываемой энергии у ветра тоже раза в 3 ниже стоимости энергии из газа (у нас), т. к. ветер бесплатен, а газ — нет. Но и цены на топливо сейчас очень изменчивы, плюс угольные и газовые станции кроме электричества ещё и тепло дают. В общем, в каждом конкретном случае нужно считать отдельно, но по факту, в России получить экономический эффект от альтернативной энергетики на генерирующей стороне совсем непросто. В Европе — другое дело. Своего газа мало, импортный газ дорогой, а значит, разница в стоимости энергии больше, кредит дешёвый, зимы тёплые, поэтому тепла от газовых станций не требуется, вот и получается, что экономический эффект от альтернативщиков в Европе заметнее… если бы не рухнули цены на энергоносители. Ведь расчёты перспективного экономического эффекта от альтернативной энергетики зачастую опирались на «факт» роста цены на классические энергоносители, на так называемые «сходящиеся линии» падающей стоимости альтернативного кВт и растущей стоимости кВт классического. Интересное совпадение: в апреле этого года крупнейший в индустрии солнечной энергетики американский концерн SunEdison запустил процесс банкротства, пошли сообщения о сокращении инвестиций в альтернативную энергетику в Европе, США и Китае…

Причина вторая. Низкий КИУМ — это только половина беды. Вторая половина — это отсутствие гарантии получения энергии от альтернативных источников. Может набежать облако, внезапно стихнет ветер, и вот уже где-нибудь встанет прокатный стан, остановится метрополитен или случится ещё что-то похуже, вплоть до масштабных блэкаутов. Как бороться? Маневрировать мощностями «классических» источников — угольных, газовых, мазутных. Но это означает, что эти источники, во-первых, должны физически быть в наличии и, во-вторых, должны постоянно стоять «под парами» с минимальной нагрузкой и ждать срочной заявки на восполнение выбывающей мощности солнца или ветра. Это крайне неэффективный режим их работы. Кто оплатит издержки? По справедливости их надо бы отнести на альтернативщиков, но по факту относят на «классиков». Не честно. Ещё можно построить буферные гидроаккумулирующие электростанции по типу Загорской ГАЭС. При избытке электроэнергии в сети насосы перекачивают воду из нижнего водоёма в верхний, а при недостатке мощности в сети вода из верхнего водоёма самотёком стекает в нижний, вращая турбину и вырабатывая электроэнергию. Своего рода импульсная гидроэлектростанция с замкнутым по воде циклом. Хорошее решение, но дорогое, и не везде построить можно. И снова вопрос: куда отнести расходы на её сооружение? Т. е. получается, что энергия ветра и солнца как бы бесплатная, но по факту вполне себе имеющая цену, если справедливо рассчитать возникающие при её использовании издержки. Что это значит? Это значит, что нельзя неограниченно увеличивать процент альтернативной энергетики в общем балансе генерации без риска существенного сокращения и без того спорного экономического эффекта. Вклад в размере 10–15% от общей выработки относительно безопасен, но вклад в размере 20–25% уже начинает существенно усложнять задачу балансирования мощности с соответствующим ростом издержек.

Причина третья. Погодные условия. Перефразируя слова известного мультяшного персонажа о погоде в России, можно сказать следующее: не то, чтобы подходящей погоды совсем нет, она есть, но не совсем там, где хотелось бы.

Ветер. У нас прекрасный ветровой потенциал по северному побережью и на Дальнем Востоке:

Ветроэнергетические ресурсы России

И если на Дальнем Востоке (Камчатка, Сахалин, Владивосток) ветрогенерация действительно имеет реальные перспективы, так как в этих местах есть и ветер, и электрические сети, и потребители энергии, то в Заполярье всё очень грустно. Ветер есть, а ни потребителей, ни электросетей, ни даже дорог там нет. Ещё и температуры низкие, а влажность воздуха на побережье высокая. А это значит, высок риск обмерзания машин. Сравните с Европой, США или Китаем. Там куда ни плюнь — сплошное тёплое побережье. Ещё и люди живут рядом. Есть разница с нами? Вообще, побережья любых крупных водоёмов — это практически гарантированный ветер. Здесь у нас есть нераскрытый потенциал по Каспийскому и Азовскому морям, по дельте реки Волги и др. Вопрос только в экономической целесообразности (см. выше).

Солнце. С солнцем ситуация не лучше. КИУМ выше 0,1 получить сложно практически на всей площади страны. Это вам не Чилийская пустыня с 350 ясными сутками в году — там реально отработать с КИУМ 0,25. Но опять же Дальний Восток, Якутск, юг России обладают определённым потенциалом, который можно пробовать использовать при благоприятных условиях.

Ложка мёда. С другой стороны, у нас есть невероятное преимущество: протяжённость страны такая, что когда где-то ночь, где-то на другом конце страны уже день. А значит, можно лучше, чем где бы то ни было, «размазать» пики потребления и генерации за счёт построенной предками гигантской энергетической инфраструктуры.

Приход солнечной радиации в России.

Перспективы. Так что, получается, что у России нет перспектив в развитии альтернативной энергетики? Нет, не так. Перспективы есть. Но не в формате «не отстать, догнать или перегнать лидеров». Это невозможно по объективным причинам, описанным выше. Мы не догонять должны, нам нужно делать то, что имеет коммерческий потенциал в наших конкретных условиях. Что именно?

Кроме указанных выше перспективных районов по освоению промышленного ветра и солнца (прежде всего наш Дальний Восток, юг России и Восточная Сибирь) нам стоит обратить внимание на малую альтернативную энергетику. Энергетику, привязанную к конкретному объекту, к конкретному потребителю. В чём суть? Суть в том, что на генерирующей стороне энергия продаётся по цене до 1 руб. за 1 кВт*ч, а вот потребитель платит за неё уже не менее 4 руб. за 1 кВт*ч. Получается, что экономический эффект от внедрения альтернативной энергетики на стороне потребителя будет минимум в 4 раза больше, чем на стороне генератора. А это уже интереснее! В наших условиях речь прежде всего должна идти об энергии солнца для нужд частных домов. Почему? Потому что собственники частных домов достаточно обеспечены и мотивированы для установки солнечных систем без внешней финансовой помощи. Эти системы достаточно надёжны и просты в монтаже и обслуживании. Каковы плюсы этого решения для граждан и государства? Граждане экономят на оплате электроэнергии с горизонтом окупаемости вложенных средств в пределах 10 лет, а также получают моральное удовлетворение от причастности к большому делу — заботе о природе. Государство, не вкладывая ни копейки, обеспечивает рост доли альтернативной энергетики в общем балансе, улучшает свой международный имидж, стимулирует производство солнечных панелей и соответствующей электроники, увеличивает ВВП, улучшает отношение к власти со стороны общества и т. п. Очевидно, раз кто-то экономит на энергии, то есть и те, кто будет терять доход. Кто в этой схеме теряет? Электроснабжающие организации, безусловно, потеряют часть дохода, но на общем фоне их оборотов, честно говоря, это мизер. В качестве определённой компенсации сетевики получают сглаживание дневного пика нагрузки, т. к. обычно пик выработки энергии солнечными панелями совпадает с дневным пиком потребления. Едва ли объём выработки энергии такими системами превысит 5% в ближайшие 10 лет. А это значит, что никаких принципиальных сложностей для приёма этой мощности у сетей не будет. Это будет беззатратный, но очень важный шаг к действительно массовому внедрению альтернативной энергетики в жизнь общества.

Есть ли подобный опыт за рубежом? Конечно. Посмотрим, как это организовано в Нидерландах. Стоимость электроэнергии для физических лиц составляет примерно 30 евроцентов. Из них стоимость собственно энергии — 7 евроцентов, остальное — налоги, пошлины и т. п. выплаты. После согласования с местными энергоснабжающими организациями собственник устанавливает у себя двунаправленный счётчик электроэнергии и солнечные панели, работающие на сетевой инвертор (инвертор, работающий параллельно с сетью). В тёмное время суток дом ведёт себя обычно — потребляет энергию от сети, счётчик считает её количество. После восхода солнца энергия от солнечных панелей через сетевой инвертор начинает подмешиваться в домовую электросеть за счётчиком, тем самым снижая потребление от сети. Соответственно, счётчик продолжает считать энергию, но уже меньшим темпом. После того как выработка электроэнергии солнечными панелями достигает уровня полного потребления дома, потребление от городской сети прекращается, счётчик останавливается, а все нужды дома полностью обеспечиваются солнечными панелями. При дальнейшем росте выработки энергии солнечными панелями (или при снижении потребления домом) избыточная электроэнергия начинает выгружаться в городскую сеть, при этом счётчик начинает вычитать эту энергию из своих прежних показаний. К концу отчётного периода (у нас это 1 календарный месяц) возможны три варианта по балансу потреблённой и выработанной энергии:

• выработка энергии солнечными панелями за период не превысила потребления дома, в этом случае вы оплатите по тарифу 30 центов разницы между потреблением от сети и выработкой от солнца;
• выработка энергии солнечными панелями за период равна потреблению дома, в этом случае вам вообще не потребуется платить за электроэнергию;
• выработка энергии солнечными панелями за месяц превысила потребление дома, в этом случае сбытовая компания заплатит вам за «лишнюю энергию», но лишь по тарифу 7 евроцентов за кВт*ч.

Таким образом, автоматически стимулируется установка панелей такой мощности, чтобы баланс потреблённой и выработанной мощностей приближался к нулю. Вырабатывать больше просто невыгодно, т. к. тариф в 7 центов не позволит окупить вложенные в установку лишних панелей средства в течение всего срока их службы (в принципе можно вообще не платить за «лишнюю» энергию). Эта схема в комплексе с контролируемой выдачей разрешений избавляет сетевые компании от проблем с переизбытком мощности в участках сети на последних милях (между потребителями и ближайшими трансформаторами). Т. е. никаких работ по адаптации сети к приёму мощности со стороны сетевых компаний практически не требуется. Для юридических лиц схема расчёта несколько иная, более жёсткая. Эта система хорошо работает и даёт ощутимый вклад в общий энергобаланс страны. Обратите внимание, в этом решении нет аккумуляторных батарей — это принципиально важно! Существующая у нас система не допускает выгрузки излишков электроэнергии в сеть физическими лицами. Соответственно, для накопления излишков требуются аккумуляторы, которые полностью убивают всю идею, полностью лишая её экономического смысла. Что мешает нам строить системы, как в Нидерландах? Технически — ничто. Сети менять не нужно, многие из применяемых в России электронных счётчиков изначально способны считать энергию в две стороны, сейчас эта функция отключена программно. Что реально мешает — это отсутствие государственной воли и соответствующей нормативно-правовой базы. В этой схеме самое прекрасное то, что государство не тратит ни копейки. Частники сами покупают солнечные батареи, контроллеры и инверторы — кто из экономии, кто из идейных экологических соображений — и пользуются ими. Дорогие аккумуляторы в такой схеме просто не нужны. Всё, что практически потребуется от энергетиков, — перепрограммировать счётчики. Вот примерная схема такой инсталляции:

Есть ли ещё актуальные применения для малой альтернативной энергетики? Есть. Это системы энергоснабжения для удалённых автономных объектов. По этой теме мы писали ранее про Чили.

Ещё вариант, близкий нашему профилю работы, — снижение пикового потребления энергоёмких объектов, например, вычислительных центров. В настоящее время мы работаем над подобным проектом за рубежом. На крыше ЦОД с пиковой мощностью 7,5 МВт будут установлены солнечные панели, дающие в летний полдень до 250 кВт электрической мощности. Что самое приятное, пик вырабатываемой панелями мощности точно совпадает с пиком энергопотребления ЦОДа (солнечная погода). Получаемый выигрыш PUE (своеобразный КПД использования энергии ЦОДом) составит не менее 5% при полной загрузке ЦОД и не менее 20% на первом этапе эксплуатации.

Резюме

1. Массовая альтернативная энергетика в России действительно возможна при контролируемом допуске физических лиц к возможности отгружать «лишнюю» энергию в сети при условии вычитания отгруженной энергии из ранее потреблённой. По этой теме имеется успешный опыт за рубежом. Затраты государства на развитие этой технологии близки к нулю — требуется соответствующая законодательная инициатива. Вероятно, есть смысл подумать и об юридических лицах, не являющихся генераторами в общепринятых терминах.
2. При условии разумной государственной поддержки возможно успешное развитие альтернативной энергетики в перспективных районах России (прежде всего это наш Дальний Восток).
3. Применение альтернативной энергетики для электроснабжения автономных труднодоступных объектов по-прежнему актуально.

Ссылки

• Про ветряк, геозонд и батарею, наша практика
• Наши тригенерационные центры и расчёты на примере готовых объектов (при производстве электроэнергии остаётся излишек тепла, он отдаётся на системы отопления и на абсорбционные холодильные машины систем охлаждения).
• Забавный маленький случай перевода котельной города с 50 тысячами жителей с угля на газ
• Моя почта PVashkevitch@croc.ru

Комментарии (0)