Проблемы энергетики связаны с определёнными экономическими и экологическими вопросами, а также и с возрастающим давлением общественности, трудностями эффективного использования новых энерготехнологий на базе органического топлива, ростом использования технологий нетрадиционных и возобновляемых источников энергии (НВИЭ) и необходимостью гармоничного развития системной (централизованной) и децентрализованной (распределённой) энергетики. Использование современных энергоэффективных и энергосберегающих технологий и оборудования, развитие возобновляемой энергетики, поиск новых энергоресурсов являются путями решения проблем энергоснабжения, энергосбережения и энергетической безопасности. Это особенно важно при решении вопросов децентрализованного энергоснабжения, в том числе и для России с её обширной территорией, недостаточно развитой инфраструктурой и самым суровым в мире климатом. Новые энерготехнологии НВИЭ, несмотря на трудности реализации и часто конкурентную борьбу с традиционной электроэнергетикой, получают всё большую поддержку специалистов и общественности и активно распространяются в большинстве стран мира.
Вопросы развития возобновляемой энергетики регулярно рассматриваются на заседаниях Научного совета РАН по проблемам надёжности и безопасности больших систем энергетики и Научнотехнической коллегии НП «НТС ЕЭС», которым многие годы руководил президент НП «НТС ЕЭС», президент Международной энергетической академии, президент корпорации «ЕЭЭК», член-корреспондент РАН, д.т.н., профессор А. Ф. Дьяков. В составе Научно-технической коллегии НП «НТС ЕЭС» работает секция «Возобновляемой и нетрадиционной энергетики» (её материалы использованы в статье).
Существуют научные и производственные вопросы, вызывающие большой интерес и дискуссии у специалистов и общественности в мире и в нашей стране особенно. Как и где развивать НВИЭ? Каковы её направления и в каких масштабах? Как обеспечить достижение приемлемых энергетических и техникоэкономических показателей этих новых энерготехнологий? Они обсуждаются на международных и российских форумах, научно-технических мероприятиях, выставках практически по всем вопросам и направлениям развития НВИЭ в Москве, Санкт-Петербурге, Уфе, Махачкале, Саратове, Якутске, Челябинске, Екатеринбурге, Казани и других городах. Материалы и рекомендации этих мероприятий приняты к сведению автором.
Использование современных энергоэффективных и энергосберегающих технологий и оборудования, развитие возобновляемой энергетики, поиск новых энергоресурсов являются путями решения проблем энергоснабжения, энергосбережения и энергетической безопасности. Это особенно важно при решении вопросов децентрализованного энергоснабжения, особенно для России
Необходимо отметить, что, например, сама постановка вопросов «Зелёная энергетика — мода или необходимость», «Будущее возобновляемой энергетики» и т.п. настраивает участников на острые дискуссии по всем научным и практическим вопросам проблемы.
В 2008 году Генеральная Ассамблея ООН выступила с инициативой «Устойчивая энергетика для всех», которая предусматривает решение трёх важных взаимозависимых задач к 2030 году: обеспечение всеобщего доступа к современным энергетическим услугам; снижение интенсивности мирового энергопотребления на 40 %; увеличение доли НВИЭ в общем производстве энергии в мире до 30 °%.
Программы развития НВИЭ приняты уже в 140 странах и намеченные планы в большинстве стран успешно реализуются. Это возможно только в условиях, когда обеспечена законодательная, экономическая и общественная политика их поддержки. Известно, что среднегодовые темпы прироста вновь вводимых мощностей по большинству направлений НВИЭ составляют более 10 % в год, а по солнечной и ветровой энергетике превышают 20 % в год. Естественно, что и инвестиции в возобновляемую энергетику растут такими же темпами.
В последние годы активно исследуются вопросы экономической эффективности НВИЭ. Ниже приведены усреднённые показатели для стран ЕС (табл. 1). При этом средний тариф на электроэнергию в этих странах составляет для населения 7-10, для промышленности — 10-20 евроцентов за 1 кВт-ч. Проведены также оценки прогнозной себестоимости электроэнергии для НВИЭ на перспективу с учётом намечаемых различных объёмов их использования и уровня цен (табл. 2).
Всё большее распространение во многих странах получают морские ВЭС и СЭС, учитывая, с одной стороны, ограниченность свободных территорий и удорожание строительства объектов, с другой — повышение КИУМ ветровых и солнечных установок и увеличение выработки электроэнергии. Естественно, это определяется исключительно экономической эффективностью. И сегодня ведущие в области использования НВИЭ страны от подобных экспериментальных и демонстрационных проектов перешли к строительству крупных промышленных морских электростанций (ВЭС — фото 1 и СЭС — фото 2).
При расчёте стоимости энергии не включаются такие издержки, как существующие или прогнозируемые налоги на выброс окиси углерода, возможные траты на приобретение прав на выбросы парниковых газов и т.д. Одновременно снижаются налоговые льготы для объектов альтернативной энергетики.
Затраты на эти мероприятия неизбежно приведут к повышению реальной цены электроэнергии. Но при этом надо также учитывать, что внедрение «чистых» (зелёных) технологий, в том числе развитие нетрадиционных и ВИЭ, выступает значимым фактором стимулирования развития экологически более приемлемой и эффективной экономики по следующим показателям:
1. Возобновляемая энергетика является элементом новой «низкоуглеродной» («зелёной») экономической модели энергетики с меньшим неблагоприятным воздействием на окружающую среду.
2. Развитие возобновляемой энергетики является механизмом стимулирования развития высокотехнологичной экономики, совершенно новых технологий. При этом решаются проблемы занятости и создания новых рабочих мест для развития новых отраслей, основанных на высокотехнологичных и «экологических» инновациях. При этом её положительные эффекты смогут больше проявляться тогда, когда будут введены жёсткие глобальные экологические требования.
В 2013 году суммарная установленная мощность энергоустановок на основе НВИЭ достигла 530 ГВт и более чем в 1,5 раза превысила суммарную мощность действующих в 32 странах мира 439 ядерных энергетических реакторов, равную 340 ГВт. В этом же году ввод энергоустановок НВИЭ составил 43,6 % от суммарного ввода электрических мощностей в мире! Доля вырабатываемой на ВИЭ электроэнергии возросла с 7,8 % в 2012-м до 8,5 % в 2013 году.
Вместе с тем падению реального уровня стоимости объектов НВИЭ препятствует неизбежный по мере развития рост расходов на поддержание стабильной работы энергетических систем или даже на их возможную кардинальную перестройку, который пока не учитывается в нынешних расчётах конечной себестоимости объектов «зелёной» энергетики.
Помимо субсидирования, применяется и налоговое стимулирование НВИЭ (в ограниченных пределах). Тем не менее, на сегодняшний день идеальной схемы поддержки НВИЭ не существует.
Однако энергетическое сообщество признает, что создаётся новая парадигма развития электроэнергетики — интегратор многообразия потребителей и производителей электрической энергии. При этом изменение парадигмы связано с рядом факторов: либерализацией рынков, нарастающим множеством субъектов рынка, интенсивным развитием децентрализованной (распределённой) генерации, появлением новых энергоресурсов и принципиально новых технологий производства, преобразования и передачи электроэнергии.
Вызовы современности определяются конкретными задачами, традиционно стоящими перед развитием электроэнергетики и обусловленными: ростом электропотребления; увеличением количества крупных городов и численности городского населения (более 80 % населения мира); повышением требований по безопасности, надёжности и к качеству энергоснабжения; старением энергетических технологий и оборудования и необходимостью повышения их эффективности. А также интенсивным развитием высокотехнологичной возобновляемой энергетики, повышением требований по экологической безопасности, ростом числа природных катаклизмов и заметным изменением климата.
Сейчас, в очередной раз начиная развивать децентрализованную и возобновляемую энергетику страны (ДВИЭ), несмотря на значительный опыт (1930-1950-х и 1970-1980-х годов) и крупный научно-технический задел по всем направлениям НВИЭ, Россия существенно отстаёт от ведущих стран в их практическом использовании. Доля НВИЭ (солнечная, ветровая, геотермальная энергетика, биоэнергетика, энергия Мирового океана, водных потоков, различные отходы и выбросы) составляет менее 1 % в производстве электроэнергии и до 4 % в производстве тепла. Ситуация осложнена и в связи с тем, что в стране в течение более 20 лет идут реорганизация и реструктуризация всех отраслей экономики, в том числе и электроэнергетики.
Необходимо создать благоприятные экономические условия и производителям, и потребителям оборудования и энергии от НВИЭ, обеспечить свободный доступ на рынок электроэнергии, создать режим льготного присоединения к электросети, обеспечить законодательную и финансовую поддержку НИОКР и организации производства соответствующего оборудования
За годы реформ в стране в значительной мере разрушены отечественное энергомашиностроение, радиоэлектроника, приборостроение и другие отрасли, на которых базируются НВИЭ* [4, 5].
В условиях России особый интерес НВИЭ представляют для децентрализованного энергоснабжения при создании автономных энергетических установок и локальных энергосистем в виде гибридных энергетических комплексов.
При этом возможны сочетания нескольких видов энергоустановок НВИЭ и различных систем дублирования мощности и аккумулирования электроэнергии и энергоресурсов. Например, всё большее распространение получает создание ветродизельных и ветроаккумуляторных комплексов, СЭС и ДЭС и т.д.
Мотивами развития децентрализованной возобновляемой энергетики (ДВИЭ) в России также должны стать обеспечение энергетической безопасности и диверсификации топливно-энергетического баланса страны и субъектов; повышение энергобезопасности и надёжности энергоснабжения в энергодефицитных регионах нашей страны.
НВИЭ позволяют решить многие экономические и энергетические задачи, но практически они не востребуются также и потому, что сложившийся на оптовом рынке электроэнергии уровень цен ниже себестоимости генерации электроэнергии на основе НВИЭ. Применение НВИЭ на начальном этапе их развития неправильно связывать с их экономическими показателями в сравнении с традиционными источниками энергии. Как показывает передовая практика, во многих случаях, когда доля НВИЭ становится существенной, когда организовано массовое производство дорогого высокотехнологичного оборудования, отлажены системы строймонтажа и сервиса, они уже вполне конкурентоспособны с традиционными источниками энергии. Как новое направление энергетики, НВИЭ в начальный период своего развития нуждаются в поддержке государства. Так же, как при государственной поддержке в России развивались все отрасли топливно-энергетического комплекса, машиностроение, атомная, космическая промышленность.
При сочетании ресурсов государства и бизнеса можно будет успешно осваивать существующие зарубежные технологии, поддерживать собственные разработки новейших технологий, а также финансировать научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (НИОКР) в перспективных направлениях развития.
Необходимо создать благоприятные экономические условия и производителям, и потребителям оборудования и энергии от нетрадиционных и возобновляемых источников энергии, обеспечить свободный доступ на рынок электроэнергии, создать режим льготного присоединения к электрической сети, обеспечить законодательную и финансовую поддержку НИОКР и организации производства оборудования.
Как показывает весь международный и отечественный опыт, без активного участия государства силами небольших групп энтузиастов это важное направление энергетики будущего серьёзно продвинуть невозможно. В нашей стране есть всё — соответствующие энергоресурсы, научно-технический и производственный потенциал, необходимые кадры. Необходима политическая воля и чёткая государственная поддержка.
В настоящее время финансирование НИОКР и капитальные вложения в объекты децентрализованной и возобновляемой энергетики носят случайный характер, хотя в большинстве случаев технологии использования НВИЭ экологически более приемлемы, чем самые совершенные технологии по использованию нефти, угля и газа.
НВИЭ можно развивать, модернизируя существующую региональную энергетику с применением отечественных технологий и оборудования, что позволит затем перейти к большим мощностям установок и масштабам использования и создать основу для её широкого развития.
Необходимо отметить серьёзные достижения России в области НВИЭ — это возобновляемая энергетика Республики Крым (рис. 1) [8]. Рассматривая состояние и перспективы развития энергетики Республики Крым, значительную долю которой составляет неисчерпаемая и экологически более приемлемая возобновляемая энергетика — важная часть энергетики будущего и энергобезопасности страны. Сегодня это особенно актуально для отдалённых и трудно доступных мест и регионов России, которая существенно отстаёт от передовых стран в этом направлении научно-технического прогресса в энергетике. В этом отношении крымские энергетики находятся на передовых позициях в мире. И это положение должно быть сохранено и упрочено [6, 7, 8].
При этом определённую роль сыграли, конечно, заделы по развитию НВИЭ в Крыму, сделанные ещё в советские годы. Сегодня эти успехи впечатляют. До присоединения Крыма общая мощность ВЭУ в РФ составляла около 10 МВт, а СЭС и того меньше. Установленная мощность же СЭС в Республике Крым составляет около 400 МВт, включая одну из крупнейших в мире Перовскую СЭС мощностью 105 МВт, а ВЭС — около 90 МВт, в том числе на современных ВЭУ единичной мощностью 2,5 МВт. И, конечно, опыт Республики Крым должен быть обстоятельно исследован и разработана комплексная федеральная программа использования существующих мощностей НВИЭ и их дальнейшего развития.
Изучение этого опыта потребует существенной корректировки всех ранее принятых решений по «Энергетической стратегии Российской Федерации до 2035 года» и развитию возобновляемой энергетики в нашей стране, в частности, постановления Правительства Российской Федерации от 28 мая 2013 года №449 и распоряжения Правительства Российской Федерации от 28 мая 2013 года №861-р. Сейчас разработана программа развития энергетики Крыма общим расходом на энергоснабжение Крыма, оценённым в 90-100 млрд руб.
Крым в понятные сроки сможет обеспечить себя природным газом и нефтью. Могут возникнуть проблемы со снабжением крымской республики водой.
Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии могут стать удачным дополнением к традиционной энергетике, вытесняя её с тех сегментов рынка, в которых она уже проигрывает экономически — прежде всего, в удалённых и труднодоступных регионах.
Основное внимание на данном этапе должно быть уделено таким видам возобновляемой энергетики, как СЭС, ВЭС, малая гидроэнергетика и использование в качестве топлива биомассы и отходов.
Например, проведённые в последнее время исследования подтвердили на современном уровне, что во многих регионах страны природные условия России вполне сравнимы, например, со странами, активно развивающими солнечную энергетику и позволяют нам также успешно этим заниматься (рис. 2). Хотя для специалистов это было известно ещё в 1930-1950-е годы, когда в нашей стране уже были развёрнуты работы по солнечной энергетике.
Достаточно сказать, что интенсивность солнечного излучения в Москве выше средней по ФРГ, не говоря о регионах, которые для примера указаны на рис. 3, хотя в ФРГ сейчас успешно эксплуатируются СФЭС общей мощностью более 30 ГВт.
Для удалённых и изолированных регионов и энергосистем необходимость развития НВИЭ обоснованно связана прежде всего с тем, что: сегодня себестоимость электроэнергии в этих регионах для местных систем составляет 15-150 руб. за 1 кВт-ч и более, а экономически обоснованный тариф 2014 года равен около 45 руб. за 1 кВт-ч; общая мощность ДЭС северных и отдалённых регионов превышает 3 ГВт, а производство электроэнергии при указанной выше себестоимости составляет около 15 млрд кВт-ч в год; «северный завоз» в эти регионы оценивается в 5-6 млн тонн дизельного топлива и 15-20 млн тонн угля в год, что требует субсидий из государственного бюджета около 600 млрд руб.
Конечно, эта проблема требует поиска быстрого и эффективного решения. И важная роль тут принадлежит НВИЭ. Такой опыт есть.
Холдинг ОАО РАО «ЭС Востока» в течение трёх последних лет реализовал семь пилотных проектов СЭС, два проекта по ветроэнергетике, создав ветродизельные комплексы (ВДЭК), предусматривается развитие МГЭС, геотермальной энергетики и биоэнергетики. В настоящее время в холдинге разработана «Программа развития возобновляемых источников до 2016 года с перспективой до 2020 года» с вводом установок НВИЭ общей мощностью 120 МВт.
Для успешного использования НВИЭ необходимо снижение стоимости оборудования, повышение надёжности, ремонтопригодности, увеличение межремонтного периода, ремонт по состоянию, увеличение срока службы, максимальное использование возможностей оборудования и электростанций в целом.
Кроме того, широкое использование НВИЭ потребует решения задач, связанных со спецификой энергоресурсов и оборудования, а именно:
1. Решений по адекватной интеграции объектов НВИЭ в существующие и перспективные рынки электроэнергии в связи со следующим:
1.1. Негарантированной выработкой ряда установок НВИЭ (ветровые, солнечные, волновые, приливные установки).
1.2. Необходимостью компенсировать мощность сети из-за невозможности работы объектов НВИЭ по заданному графику и обеспечить: управление максимальной нагрузкой; создание ресурса регулирования; использование накопителей электроэнергии; наличие резервной мощности для работы установок и электростанций в изолированном режиме; регулирование напряжения / регулирование реактивной мощности; регулирование частоты; рынок мощности; сглаживание резких колебаний мощности / поддержка линейного изменения мощности ВЭС и СЭС; интеграцию электротранспорта; обеспечение участия потребителя в «Управлении спросом».
В последние годы в нашей стране приняты важные государственные решения по обеспечению развития возобновляемой энергетики*.
В данных документах представлена государственная программа развития возобновляемой энергетики и намечены пути и меры по её реализации:
1. Определены целевые показатели вводов мощностей генерации возобновляемой энергетики по технологиям (ветер, солнце, малые ГЭС) и по годам до 2020 года на оптовом и розничном рынках.
2. Предлагается проведение конкурсного механизма определения перечня генерирующих объектов НВИЭ, в отношении которых будут заключаться договоры о предоставлении мощности по итогам конкурсных отборов инвестиционных проектов (в форме многошагового аукциона), проводимых отдельно для каждой технологии.
3. Конкурсный отбор проводится ежегодно на четыре года вперёд, начиная с 2013 года.
4. Отбор проектов проводится по показателю наименьших капитальных затрат. Для каждой технологии на основании рекомендаций НП «Совет рынка» определяются значения предельных капитальных и типовых эксплуатационных затрат.
5. По результатам отбора проектов предполагается заключение ДПМ с обязательством инвестора ввода объекта в определённый год.
6. Срок действия договора — 15 лет при уровне нормы доходности 12-14 %.
7. В рамках механизма предполагается введение обязательного требования по локализации производства оборудования и инжиниринговых услуг. В случае невыполнения целевой степени локализации применяются значительные штрафные коэффициенты к расчётной величине платы за мощность.
Важным вопросом реализации намеченных мероприятий по развитию НВИЭ является обеспечение интересов инвесторов — прежде всего, быстрая окупаемость вложенных инвестиций, что позволит обеспечивать инвестиционный спрос при соответствующих условиях, а именно: оценка ранжирования рисков и обеспечение государственной поддержки интересов инвесторов; обеспечение дифференцированного подхода к северному завозу; наличие необходимых и обоснованных мер господдержки; гарантии федерального Агентства кредитных гарантий; субсидии Фонда реформирования ЖКХ; федеральные субсидии в бюджеты субъектов на реализацию региональных программ в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности в соответствии с Постановлением Правительства РФ от 31.07.2014 №754.
В целях обеспечения выполнения федеральных законов и заданий Постановлений Правительства РФ приняты соответствующие приказы Минэнерго РФ. Однако успешное достижение намеченных показателей развития НВИЭ (рис. 3 и 4) также требует и соответствующего научно-технического обеспечения, которое выше упоминаемыми документами пока не предусматривается.
Из рис. 3 и 4 видно, что значения вводимой мощности НВИЭ и создания высокотехнологичного оборудования для ВЭС и СЭС весьма скромны. Даже традиционные, широко ранее строящиеся в стране МГЭС предполагается возводить в незначительных объёмах. В целом, в течение 2009-2015 годов ситуация с развитием НВИЭ изменилась мало.
Требуется принятие дополнительных законодательных, экономических и организационных мер, в том числе и по опыту многих зарубежных стран. Они должны способствовать разработке научно-обоснованной государственной политики и стратегии, программы развития НВИЭ и децентрализованных источников энергии на местных видах топлива, проведению НИОКР, росту отечественного производства высокотехнологичного оборудования, привлечению инвестиций со стороны государства и бизнеса.
В настоящее время завершается подготовка «Стратегии развития энергетики до 2035 года». Это очень важный документ, который должен пройти рассмотрение и утверждение в Правительстве РФ
Резюмируя, следует отметить:
1. Широкое внедрение технологий использования НВИЭ, утилизации низкопотенциальной теплоты с помощью тепловых насосов в России сдерживается из-за перекоса и необоснованности цен на тепловую и электрическую энергию разных производителей, отсутствия необходимых нормативно-законодательной базы и инвестиционного климата, а самое главное — недостаточной поддержки этой тематики государственными и региональными органами власти.
2. При корректировке генеральной схемы размещения объектов электроэнергетики необходимо принять за основу рациональное сочетание комплексного использования систем централизованного и децентрализованного энергоснабжения потребителей.
При этом должно учитываться приоритетное использование местных энергоресурсов, в том числе НВИЭ, угольных, нефтяных и газовых месторождений, торфа, отходов лесо- и деревопереработки, промышленного и сельскохозяйственного производства, твёрдых бытовых отходов и иловых осадков.
3. Необходим поиск компромиссного пути развития нетрадиционной энергетики в России с использованием уже существующего задела по децентрализованной энергетике с применением отечественных технологий и оборудования. Это создаст основу для развития НВИЭ крупных установок и электростанций большой мощности.
4. Реализация модульного принципа построения оборудования, использование НВИЭ, местных энергоресурсов и отходов по единым обобщённым и отработанным и унифицированным типовым проектам, отвечающим современным техническим требованиям, предъявляемым к системам энергоснабжения.
5. Включить в план работы Минэнерго России на 2016 год и последующие годы разработку комплексной концепции развития децентрализованной энергетики и энергетики удалённых изолированных систем с широким использованием НВИЭ на период в соответствии со стратегией развития энергетики до 2035 года.
6. Учитывая важность НВИЭ как стратегического энергосберегающего фактора, а также экологические и социальные преимущества по сравнению с использованием традиционных энергоносителей, необходимо разработать и принять отдельный федеральный закон «О децентрализованных и возобновляемых источниках энергии», что позволит в значительной мере решить все назревшие вопросы развития НВИЭ.
7. С целью лучшей координации и организации работы многих ведомств и многочисленных структур по развитию децентрализованных и возобновляемых источников энергии создать в стране на уровне федерального правительства орган, ответственный за планирование и реализацию проблемы.
В настоящее время завершается подготовка «Стратегии развития энергетики до 2035 года». Это очень важный документ, который должен пройти рассмотрение и утверждение в Правительстве РФ. В нём обязательно должен быть отражён опыт крымской энергосистемы в части НВИЭ и дана перспектива их развития.
