Перспективы развития возобновляемых источников энергии

ПЕРСПЕКТИВЫ ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ

ЭНЕРГЕТИКИ

Кандидат технических наук П.П. БЕЗРУКИХ, начальник_уп_равления Министерства энергетики РФ

В последнее время интерес к возобновляемым источникам энергии резко возрос. В первую очередь это связано с надвигающимся энергетическим кризисом. Действительно, балансовые запасы нефти на планете составляют сегодня всего 400 млрд. т, а ежегодная ее добыча - около 3 млрд. т.

То есть с учетом современных технологий разработки месторождений и при существующих ценах на нефть этих запасов хватит максимум на 50-75 лет.

Аналогичная ситуация и с природным газом. И только угля хватит примерно на 400-500 лет. Вывод напрашивается сам собой: необходимо максимально быстро развивать возобновляемую энергетику.

Создание и использование возобновляемых источников энергии актуально для всех государств. Для одних, особенно про-мышленно развитых, зависящих от импорта топливно-энергетических ресурсов, - это прежде всего энергетическая безопасность. Для других, богатых природными ресурсами, наоборот, - важнее экологическая составляющая. Для развивающихся же стран наиболее существенен быстрый, надежный и экологичный путь развития промышленности, одновременно обеспечивающий улучшение социально-бытовых условий населения. Ну, а человечеству в целом использование возобновляемых источников энергии гарантирует выход на устойчивую траекторию развития.

По данным Международного энергетического агентства (1ЕА)

общее энергопроизводство в мире в 1999 г. достигло 10,64 млрд. т в нефтяном эквиваленте, или 15,2 млрд. т условного топлива (усл. т.). Доля же истощаемых его видов составила 81,3% или 12,63 млрд. т усл. т. Вместе с тем, по оценкам экспертов, мировой экономический потенциал возобновляемых источников энергии равен 19,5 млрд. т усл. т. Выходит, он в 1,55 раза больше, чем ежегодная добыча истощаемого топлива. Однако, к примеру, в 1999 г. в странах Европейского Союза доля возобновляемых источников энергии в производстве электроэнергии (без гидростанций) составила 2,69%, в США - 2,21, в России -0,24%. А к 2010 г. в ЕС поставлена цель получить 22% электроэнергии с помощью возобновляемых источников.

Каковы же состояние и перспективы развития отдельных видов возобновляемых источников энергии?

МАЛАЯ ГИДРОЭНЕРГЕТИКА

Сначала отметим, что по российской классификации к микро-ГЭС относят станции или отдельные агрегаты мощностью до 100 кВт включительно, а к малым - от 100 кВт до 30 МВт. В настоящее время на всей планете они вырабатывают порядка 10% (70 ГВт в 2000 г.) электроэнергии от производимой на больших ГЭС.

Гидроэнергетика, имеющая уже вековую историю, - одно из самых эффективных направлений использования возобновляемых источников энергии. При удельной стоимости создаваемой в малой гидроэнергетике единицы мощности ГЭС 1200-3000 долл./кВт, цена на элект-

Концентрационный солнечный модуль.

роэнергию - в пределах 3-5 центов за кВт ч.

Поданным Госкомстата, в России в 2000 г: было 59 малых гидростанций. Их общая установленная мощность равнялась 513 МВт, а годовая выработка электроэнергии составляла 2,3 млрд. кВт ч.

В ближайшие годы ведущую роль п развитии малой гидроэнергетики станут играть Россия, Китай, Индия, страны Латинской Америки. И Европа тоже рассчитывает увеличить производство электроэнергии на таких ГЭС, В нашей стране в этой связи предстоит решить следующие задачи: найти конструктивные решения, обеспечивающие работу ГЭС, на небольших реках в зимний период; обосновать возможности функционирования малых станций в условиях глубокого промерзания русла эт нк водопотоков; создать сво-боднопоточные погружные и наплавные микро ГЭС мощностью

1, 2, 5, 10 кВт; разработать конструктивные и схемные решения для снижения удельной стоимости сооружения подобных ГЭС, а также обеспечивающие минимальное отрицательное воздействие на стада рыб, идущих на нерест.

СОЛНЕЧНАЯ

ТЕ1UЮВАЯ Э11ЕРГЕТИКА

В этом случае энергия нашего светила, преобразованная в тепловую, используется для отопления и горячего водоснабжения жилых и производственных помещений, сушки сельскохозяйственных продуктов и т.д. Осуществляется данный процесс с помощью специальных коллекторов (жидкостных или воздушных). В 2000 г в мире в эксплуатации их находилось свыше 70 млн. м\ а к 2005 г. эта цифра удвоится.

Не удивляют масштабы использования солнечных коллекторов в странах, где много безоблачных дней в году: CUJA (18 млн. мГ), Япония (И), Китай (17,5), Израиль (4,35),

Австралия (3,9), Греция (2,815), Кипр (0,75 млн. м2). Однако и там, где светлых дней немного, масштабы использования коллекторов также значительны: Германия (3,1 млн. м2), Австрия (1,6), Дания (0,297 млн. м2).

Установки солнечного отопления и горячего водоснабжения - это экологически чистый источник энергии, не имеющий ограничений ни в различных климатических условиях, ни в применении (жилые помещения, душевые, бассейны и т.д.).

В России ныне солнечная тепловая энергетика развита недостаточно. Вот почему для нас в обозримом будущем будут актуальны совершенствование и удешевление установок, выполненных на базе жидкостных солнечных коллекторов; разработка воздушных коллекторов и на их основе - систем отопления, горячего водоснабжения (такие устройства наиболее нужны для условий Сибири и Дальнего Востока); создание установок с концентраторами солнечного излучения для выработки горя-

чей воды и электричества на пароводяных машинах.

ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Тепло Земли давно используется для производства электро- и тепловой энергии (отопление, горячее водоснабжение и т.д.). С 1940 по 2000 г. мощность геотермальных электростанций в мире увеличилась со 130 до 7974 МВт, или в 61 раз. При этом с 1995 по 2000 г ее рост составил 17%, т.е. немногим более 3% в год. Безусловными лидерами тут являются США (2228 М Вт), Филиппины (1909), Италия (785), Мексика (755), Индонезия (589,5), Япония (546,9) и Новая Зеландия (437 МВт).

В России же показатели геотермальной энергетики пока незначительны. Тем не менее в 1997 г. на ее территории были введены в эксппу-атапшо три энергоблока, расположенных на Камчатке, Верхне-Мут-новской ГеоЭС (12 МВт), а в октябре 2002 г. - еще два (по 25 VI Вт каж-

дый). Для расширения использования этого вида энергетики следует создать соответствующее оборудование и соорудить геотермальную установку, работающую по двух-контурной схеме; системы геотермального теплоснабжения на базе тепловых насосов.

ЭНЕРГИЯ Б ИОМАСС Ы

Установленная мощность электростанций на биомассе ныне в мире составляет около 30 Г"Вт. И по прогнозам специалистов, к 2010 г. она утроится.

Существует несколько технологий выработки этой энергии: сжигание биомассы, газификация, получение жидкого топлива и биогаза. 11ослед-нее ведется на малых установках по переработке сельскохозяйственных и бытовых отходов индивидуальных фермерских хозяйств. Общее число подобных установок превысило 6 млн. (наибольшее их количество - в Китае и Индии). Впрочем, сегодня крупных установок по переработке

Верхне-Мутновская ГвоЭС

городских и промышленных сточных вод насчитывается уже свыше 10 000. В последние годы появилось немало мощных комбинированных фабрик по переработке отходов продукции животноводства и крестьянских хозяйств. Биогаз, полученный на названных выше установках, применяется в бьгту, в водонагревательных и паровых котлах, а также в дизель-ге-нераторах, газотурбинных машинах, производящих электроэнергию.

Среди других технологий использования биомассы широкое распространение получили электростанции, в которых сжигают твердые бытовые отхолы городского населения (С!ПЛ. Дания, Италия). В стадии опытно-промышленной эксплуатации находятся установки, сырьем для которых являются специально выращенные так называемые «энергетические» леса. Сегодня уже широко используют отходы лесопереработок и лесозаготовок дли производства

тепла и электричестве! (Скандинавские страны) как при прямом сжигании, так и через их газификацию.

В эксплуатации (Германия, Чехия и др.) ныне находятся десятки механических устройств по «изготовлению биодизельного топлива» из семян рапса. Строят опытно-промышленные установки по производству жидкого топлива по методу «быстрого пиролиза» биомассы. При ее нагревании со скоростью более 10"" °С/с оно образуется в объеме до 75% от веса исходного сырья ло сухому веществу.

Словом, среди возобновляемых источников энергии основная доля приходится на биомассу. В будущем она может сыграть решающую роль в замещении нефтепродуктов. Ее применение особо важно в сельском хозяйстве, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности, а также в коммунальном хозяйстве крупных городов.

ФОТОЭНЕРГЕТИКА

Из всех возобновляемых источников энергии наиболее бурно развивается фотоэнергетика. Лишь за последние пять лет годовой прирост выпуска необходимых для этого фотоэлементов достигает 25-30%. В 2000 г мощность произведенных солнечных фотоэлектрических модулей в мире составила 260 МВт. Через 5 лет она увеличится в 2,5 раза, а еще спустя 10 лет - утроится. Л идирутот Япония (80 МВт в 2000 г.), США(60), Германия (50), Индия (47 МВт). В России, к сожалению, их выпуск не превышает 3 МВт.

Одновременно в мире снижается удельная стоимость фотоэнергетики. Так, за последние 50 лет она упала с 1000 долл./Вт (1950 г.) до 4-5 долл./Вт (2000 г.). Это колоссальный прогресс. Однако и по настоящее время она - наиболее дорогой источник возобновляемой энергетики, хотя работы по снижению ее удельной себестоимости интенсивно ведут специалисты многих стран.

Развитие этого возобновляемого источника энергии не в последнюю очередь обусловлено тем, что он в состоянии обеспечить электроснабжение разных потребителей (потребляющих от долей ватта до сотен киловатт, т.е. от малого бытового прибора до электроснабжения маяков, радио-и телеретрансляционных станций.

жилых домов, офисов, освещения деревень и т.п.). У него высокие эксплуатационные характеристики: надежность фотобатарей из-за отсутствия в них вращающихся частей; долговечность фотоэлементов (25- 30 лет); полная автоматизация; отсутствие шума; сравнительная легкость и прос

Человечество давно научилось добывать возобновляемую (регенеративную) энергию, используя мощь рек. Но к концу ХХ века из-за энергетического кризиса, стремительного уменьшения запасов , газа, ухудшения экологии стал вопрос об использовании других источников, находящихся в окружающей среде. Благодаря разработкам ученых, стало возможно добывать энергию солнца, ветра, приливов, геотермальных вод.

Интересно! В мире из возобновляемых источников получают 18% энергии, из которых на долю древесины приходится 13%.

По данным, предоставленным журналу Forbes Международным агентством по возобновляемой энергетике IRENA, к 2015 году в мире доля добываемой таким способом энергии составила около 60%. В перспективе к 2030 году ВИЭ выйдет в лидеры по производству электричества, оттеснив на второе место использование угля.

Гидроэнергия добывается на протяжении очень длительного времени, а вот новые виды возобновляемых источников энергии, такие как ветер, геотермальные воды, солнце, приливы, стали использовать совсем недавно – около 30-40 лет. В 2014 году доля гидроэнергетики составила 16,4%, энергия солнца и ветра – 6,3%, а в перспективе до 2030 года эти доли могут сравняться.

В европейских странах и США ежегодный прирост добычи энергии при помощи ветра составляет примерно 30% (196600 МВт). В Германии, Испании и США широко используется фотоэлектрический способ. Калифорнийская гейзерная геотермальная установка вырабатывает 750 МВт ежегодно.

Интересно! Датские ветряные электростанции в 2015 году обеспечили 42% энергии, а в перспективе до 2050 года планируется выйти на проектные 100% выработки «зеленой энергии» и полностью отказаться от ископаемых ресурсов.

Примеры возобновляемых источников энергии

Применение ВИЭ позволит решить проблемы энергетики районов с плохой экологической обстановкой. Провести электричество в отдаленные и труднодоступные области без использования ЛЭП. Такие установки позволят децентрализовать энергоснабжение в районах, куда доставка топлива экономически невыгодна. Большинство разрабатываемых проектов относится к автономным источникам энергии, работающим на таком сырье, как нетрадиционные возобновляемые источники энергии, получаемые из биомассы, торфа, продуктов жизнедеятельности животных, человека, бытовых отходов.

Активное развитие АИЭ получили в США, Канаде, Новой Зеландии, Южной Африке. Такие энергетические источники используются китайскими, индийскими, немецкими, итальянскими и скандинавскими потребителями. В России пока эта индустрия не вышла на промышленный уровень, поэтому применение регенеративной энергии очень невысоко.

На планете можно использовать не только такие, какие есть возобновляемые источники энергии, предоставляемые природными ресурсами. Сейчас ведется разработка технологий по добыче термоядерной, водородной энергии. Согласно последним исследованиям, лунные запасы изотопа гелий-3 огромны, поэтому сейчас ведется подготовка к работам по доставке этого топлива в сжиженном виде. По расчетам российского академика Э. Алимова (РАН) двух «Шаттлов» вполне хватит, чтобы обеспечить электроэнергией всю планету на целый год.

Возобновляемые источники энергии в России

В отличие от мирового сообщества, где «зеленую энергию» давно и успешно используют, в России этим вопросом занялись совсем недавно. И, если гидроэнергетика давно снабжает электричеством города и поселки, то регенеративные источники считались неперспективными. Однако после 2000 года из-за ухудшения экологической обстановки, уменьшения природных ресурсов и других не менее важных факторов, стало очевидно, что необходимо развивать альтернативные источники, вырабатывающие энергию.

Наиболее перспективным направлением является разработка установок, напрямую преобразующих излучение солнца в электроэнергию. В них используются фотобатареи на основе монокристаллов, поликристаллов и аморфного кремния. Электроэнергия добывается даже при рассеянном солнечном свете. Мощность можно регулировать, снимая или добавляя модули. Они практически не расходуют энергию на себя, автоматизированы, надежны, безопасны, их можно ремонтировать.

Для развития возобновляемых источников энергии в Дагестане, Ростовской области, Ставропольском и Краснодарском крае установлены и работают солнечные коллекторы, обеспечивающие автономной энергией потребителей.

Интересно! 1 м 2 солнечного коллектора экономит до 150 кг условного топлива в год.

В России электроэнергетика, основанная на силе ветра, дает до 20000 МВт. Использование таких установок при средней скорости ветра 6 м/с и мощности 1 МВт экономит 1000 тонн условного топлива в год. Основываясь на научных данных, сейчас ведутся разработки, и вводятся в эксплуатацию энергетические комплексы. Однако использование таких возобновляемых источников энергии, как ветер, в России затруднено. Согласно закону, принятому в 2008 году, для ветряков должен использоваться очень мощный фундамент, а дороги, ведущие к строительству, должны быть отлично асфальтированы. Для примера, в европейских странах и США используется грунтовка.

Интересно! если в Тюменской области, Магадане, на Камчатке и Сахалине использовать установки, то с 1 квадратного километра можно собрать 2,5-3,5 млн. кВт/ч. Это в 200 раз выше потребления энергии на данный момент.

На сегодняшний день построены и работают ГеоТЭС на Камчатке, Курильских островах. Три модуля Верхне-Мутновская ГеоТЭС (Камчатка) вырабатывают 12 МВт, завершается строительство Мутновской ГеоТЭС на 4 блока, которые будут выдавать 100 МВт. В перспективе в этом районе возможно использование геотермальных вод для выработки 1000 МВт, плюс отсепарированная вода и конденсат могут отапливать здания.

На территории страны существует 56 уже разведанных месторождений, в которых скважины могут выдавать более 300 тысяч кубометров геотермальных вод в сутки.

Перспективы развития приливной электроэнергетики

1968 года на Кольском п-ове работает первая в мире экспериментальная приливная электростанция, вырабатывающая 450 кВт/ч. На основе работ этого проекта, было решено продолжить развитие приливных электростанций в России, как перспективных возобновляемых источников энергии на побережье Тихого и Северного Ледовитого океанов. Начато строительство в Хабаровском крае Тугурской ПЭС, проектная мощность которой составит 6,8 млн. кВт. Возводится Мезенская ПЭС в Белом море с проектной мощностью 18,2 млн. кВт. Такие установки сейчас разрабатываются и устанавливаются для китайских, корейских, индийских потребителей. Оборудование альтернативной приливной энергетики также изображено на первой картинке этой статьи.

Новости о рекордах в области использования ВИЭ не сходят с новостных лент в последние несколько лет. По информации Международного агентства по возобновляемой энергетике (IRENA), в период 2013-2015 годов доля ВИЭ в новых мощностях в электроэнергетике уже составляет 60%. Ожидается, что еще до 2030 года возобновляемые сместят уголь на второе место и выйдут в лидеры в балансе генерации электроэнергии (по прогнозу МЭА, треть объемов электроэнергии к этому году будет производиться с помощью ВИЭ). С учетом динамики ввода новых мощностей эта цифра выглядит не слишком фантастической - в 2014 году доля возобновляемых в мировом производстве электроэнергии составляла 22,6%, а в 2015 году - 23,7%.

Однако под общим термином ВИЭ скрываются очень разные источники энергии. С одной стороны, это давно и успешно эксплуатируемая крупная гидроэнергетика, а с другой - относительно новые виды - такие как солнечная энергетика, ветер, геотермальные источники и даже совсем экзотическая энергия волн океана. Доля гидроэнергетики в выработке электроэнергии в мире остается стабильной - 18,1% в 1990 году, 16,4% в 2014 году и примерно такая же цифра в прогнозе на 2030 год. Двигателем стремительного роста ВИЭ за последние 25 лет стали именно «новые» виды энергии (прежде всего, солнечная и ветроэнергетика) - их доля увеличилась с 1,5% в 1990 году до 6,3% в 2014 году и предположительно догонит гидроэнергетику в 2030 году, достигнув 16,3%.

Несмотря на такие бурные темпы развития ВИЭ, остается довольно много скептиков, сомневающихся в устойчивости этого тренда. Например, Пер Виммер, в прошлом сотрудник инвестиционного банка Goldman Sachs, а ныне основатель и руководитель собственной инвестиционно-консалтинговой компании Wimmer Financial LLP, считает, что ВИЭ - это «зеленый пузырь», аналогичный пузырю доткомов 2000 года и ипотечному кризису в США 2007-2008 годов. Интересно, что Пер Виммер - гражданин Дании, страны, которая уже давно является лидером в секторе ветроэнергетики (в 2015 году на датских ветряных электростанциях было произведено 42% потребленной в стране электроэнергии) и стремится стать самым «зеленым» государством если не в мире, то уж точно в Европе. Дания планирует полностью отказаться от использования ископаемых источников топлива к 2050 году.

Основной аргумент Виммера состоит в том, что энергия ВИЭ является коммерчески неконкурентоспособной, а проекты с ее использованием - неустойчивыми в долгосрочной перспективе. То есть «зеленая» энергия - слишком дорогая по сравнению с традиционной, и развивается она только благодаря государственной поддержке. Высокая доля долгового финансирования в проектах ВИЭ (до 80%) и его растущая стоимость приведут, по мнению эксперта, либо к банкротству компаний, реализующих проекты в сфере «зеленой» энергетики, либо к необходимости выделения все большего объема средств государственной поддержки для удержания их на плаву. Однако Пер Виммер не отрицает, что ВИЭ должны играть свою роль в энергообеспечении планеты, но государственную поддержку предлагает оказывать только тем технологиям, которые имеют шанс стать коммерчески рентабельными в течение следующих 7-10 лет.

Сомнения Виммера не беспочвенны. Наверное, один из самых драматичных примеров - это компания SunEdison, которая в апреле 2016 года подала заявление о банкротстве. До этого момента SunEdison была одной из самых быстро растущих американских компаний в области ВИЭ, стоимость которой летом 2015 года оценивалась в $10 млрд. Только за три года, предшествующих банкротству, компания инвестировала в новые приобретения $18 млрд, а всего было привлечено $24 млрд акционерного и заемного капитала.

Перелом в отношении инвесторов наступил, когда SunEdison неудачно попыталась поглотить за $2,2 млрд компанию Vivint Solar Inc, занимающуюся установкой солнечных панелей на кровли домов, что совпало со снижением цен на нефть. В результате цена акций SunEdison упала с пиковых значений (более $33 в 2015 году) до 34 центов в момент подачи заявления о банкротстве. История SunEdison - тревожный, но не однозначный сигнал для индустрии. Согласно оценкам аналитиков, проекты у компании были «хорошие», а причина банкротства была в слишком быстром росте и больших долгах.

Однако динамика индекса MAC Global Solar Energy Stock Index (индекс, который отслеживает изменение котировок акций более 20 публичных компаний, работающих в секторе солнечной энергетики со штаб-квартирами в США, Европе и Азии) за последние четыре года также не внушает оптимизма.

Вопрос о субсидиях тоже выглядит неоднозначным. С одной стороны, объем государственной поддержки ВИЭ в мире растет с каждым годом (в 2015 году, по оценкам МЭА, он приблизился к $150 млрд, 120 из которых приходились на сектор электроэнергетики, без учета гидроэнергетики). С другой - ископаемые источники энергии также субсидируются государствами, причем в значительно больших масштабах. В 2015 году объем таких субсидий оценивался IEA в $325 млрд, а в 2014 году - в $500 млрд. При этом эффективность субсидирования технологий ВИЭ постепенно повышается (субсидии в 2015 году выросли на 6%, а объемы новой установленной мощности - на 8%).

Также растет, причем стремительно, конкурентоспособность ВИЭ за счет снижения стоимости производства электроэнергии. Для сравнения себестоимости различных источников электроэнергии часто используется показатель LCOE (levelized cost of electricity - полная приведенная стоимость электроэнергии), при расчете которого учитываются все затраты как инвестиционного, так и операционного характера на полном жизненном цикле электростанции соответствующего типа. По данным компании Lazard, которая ежегодно выпускает оценки LCOE для разных видов топлива, для ветра этот показатель за последние 7 лет снизился на 66%, а для солнца - на 85%.

При этом нижние уровни диапазона оценки LCOE для ветровых и солнечных электростанций промышленного масштаба уже сопоставимы или даже ниже значений этого параметра для газа и угля. Несмотря на то, что методология LCOE не позволяет учесть все системные эффекты и потребности в дополнительных инвестициях (сети, базовые резервные мощности и другое), это означает, что проекты в ветро- и солнечной энергетике становятся конкурентоспособны по сравнению с традиционными видами топлива и без государственной поддержки.

Еще одной характеристикой этого тренда является темп снижения цен, заявляемых энергокомпаниями на аукционах по покупке крупных объемов электроэнергии посредством PPA (power purchase agreement - соглашение о поставках электроэнергии). Например, очередной рекорд для солнечной энергетики в размере 2,42 цента за кв/ч был поставлен консорциумом, состоящим из китайского производителя панелей JinkoSolar и японского девелопера Marubeni, в 2016 году в Объединенных Арабских Эмиратах. Не далее как в 2014 году самый низкий бид на подобных аукционах стоил выше 6 центов за кв/ч.

В заключение следует еще раз вспомнить о ключевых причинах бурного развития ВИЭ в мире. Основной фактор, стимулирующий развитие возобновляемых - это все-таки декарбонизация, то есть принятие мер по сокращению выбросов парниковых газов для борьбы с глобальным потеплением. На это было нацелено принятое 12 декабря 2015 года и вступившее в силу 4 ноября 2016 года Парижское соглашение об изменении климата.

Среди других выгод перехода на ВИЭ можно отметить улучшение экологической обстановки, снабжение энергодефицитных и удаленных районов, а также развитие технологий и появление новых рабочих мест. За последние несколько лет использование ВИЭ стимулировало создание одной из самых высокотехнологичных отраслей промышленности в мире. Объем инвестиций в эту отрасль в 2015 году оценивался в $288 млрд США. 70% всех инвестиций в генерацию электроэнергии было сделано в секторе возобновляемых источников энергии. В данном секторе (не считая гидроэнергетику) в мире занято более 8 млн человек (например, в Китае их число составляет 3,5 млн).

Сегодня развитие возобновляемых источников энергии нужно рассматривать не в изоляции, а как часть более широкого процесса Energy Transition - «энергетического перехода», долгосрочного изменения структуры энергетических систем. Этот процесс характеризуется и другими важными изменениями, многие из которых усиливают «зеленую» энергетику, повышая ее шансы на успех. Одним из таких изменений является развитие технологий хранения энергии. Для зависящих от погодных условий и времени суток ВИЭ появление подобных коммерчески привлекательных технологий, очевидно, станет большим подспорьем. Мировой процесс развития новой энергетики является необратимым, но четкий ответ на вопрос о его месте и роли в российском ТЭК еще предстоит сформулировать. Главное сейчас: не упустить окно возможностей - ставки в этой гонке довольно высоки.

В этой статье мы расскажем про перспективы и главные барьеры для развития возобновляемых источников энергии в России и за рубежом, а также о возможных путях их преодоления.
Почти каждый деньв прессе появляются сообщения, рассказывающие о новых рекордных прорывах, которые сделаны в альтернативной энергетике. Но столь впечатляющие темпы роста можно во многом объяснить низкой базой, с которой отрасли стартуют, а интерес к этой теме активно подогревается тем, что «зеленая революция» в промышленности и энергетике давно уже стала глобальным мейнстримом. В то же время, рассуждая о настоящих перспективах возобновляемой энергетики, приходится всегда учитывать некоторые ограничения.

Ограничения для «зеленой» генерации

Известен, к примеру, так называемый «германский парадокс». Добиваясь рекордных показателей по наращиванию доли возобновляемых источников энергии в своем энергобалансе, Германия в течение многих лет продолжает оставаться лидером среди стран Евросоюза по выбросам в атмосферу CO2. Немцы,закрывая последовательно атомные электростанции, принялись наращивать импорт угля из России для того, чтобы восполнить недостающую электроэнергию. Образовалась парадоксальная ситуация: стремясь максимально «озеленить» свою энергетику, Германия, наоборот, увеличивала «грязную» угольную генерацию.

Даже в Дании, планирующей к 2050 году перейти полностью на возобновляемую энергетику, все равно продолжаются споры об экономической эффективности в долгосрочной перспективе возобновляемых источников энергии. И можно понять скептиков. В последнее время слишком много можно назвать громких примеров так и не реализовавшихся проектов, которые связаны с возобновляемой энергией.

К примеру, «солнечный гигант» SunEdison (США) был крупнейшей компанией в сфере солнечной энергетики с капитализацией десять миллиардов долларов, но не справилсяс долговыми обязательствами и был вынужден объявить о банкротстве. Еще одна американская компания Aquion Energy, разрабатывавшая для хранения «зеленой» энергии аккумуляторные батареи, в настоящее время распродается по частям и была вынуждена сократить почти весь свой R&D-персонал.

Одним из главных минусов возобновляемых источников энергии является зависимость от экстернальных факторов (наличия солнечных излучений непосредственно ветра и так далее) и нестабильность выработки электроэнергии. Компенсировать перепады, которые возникают, опять же приходится за счет базовой генерации. Решить данную фундаментальную проблему могут позволить технологии, которые связаны с накоплением и хранением энергии возобновляемых источников энергии. Именно создание промышленных накопителей, которые могут аккумулировать очень большие объемы энергии, даст возможность осуществить окончательный и тотальный переход на «зеленую» энергетику.

Накопители энергии

Пока еще не произошло настоящего прорыва в данном направлении. Хотя имеющиеся разработки, находящиеся преимущественно на уровне стартапов, ведутся активно уже не один год.
К примеру, резидент «Сколково» компания WattsBattery создала промышленный образец модульной системы для накопления электроэнергии. Как сообщают разработчики, это мощная батарейка, способная заряжаться от ветра, солнца, или сети и способная снабжать электроэнергией коммерческие здания и частные домовладения. Причем портативная система уже практичнски готова к серийным продажам. Персональную электростанцию Wattsбыла успешно опробовали в этом году во время рекордного полета на воздушном шаре Федора Конюхова. На пятьдесят пять часов полета хватило только одной батарейки, она подавала электричество бесперебойно и даже при температуре минус двадцать пять градусов.

Первое же в России производство высокоэффективных накопителей энергии было запущено в этом году в подмосковных Химках. Если современные литий-ионные аккумуляторы отдают только около 60% электроэнергии, которая была затрачена на их зарядку, то у суперконденсаторов данный показатель превышает 90%. Компания «ТЭЭМП» собирается выпускать в годдо двухсот тысяч суперконденсаторных ячеек. Эти модули уже смогли пройти успешные пилотные испытания в общественном транспорте, на железной дороге и в авиации.

В новосибирском Академгородке компания «Энергозапас» реализует проект по созданию твердотельной аккумулирующей электростанции (ТАЭС), разрабатывая гравитационные накопители энергии на твердых грузах. Причем в качестве груза они используют упакованный грунт. Строительство первой опытно-промышленной электростанции запланировано в 2019 году.

Не отстают от глобальных технологических трендов и наши крупные корпорации и компании, ведущие свои исследования в области разработок уникальных моделей накопителей энергии. Созданием супераккумулятора,который способен работать в промышленных масштабах, занимается, к примеру, Росатом. А «Камаз» и МОЭСК подписали этим летом соглашение о создании передвижного мобильного накопителя на базе грузового электромобиля. На мировом рынке такого рода решения еще были не представлены. Реализация данного проекта даст возможность не только предложить эффективную замену дизель-генераторным установкам, но и будет способствовать развитию в России зарядной инфраструктуры для электромобильного транспорта.

По данным отчетов аналитической компании NavigantResearch, годовой объем мирового рынка накопителей электроэнергии составит в 2025 году около восьмидесяти трехмиллиардов долларов (ежегодные темпы роста - до 60%). Причем почти треть от этого объема будет приходиться на коммерческие и промышленные предприятия, промышленное оборудование, домохозяйства.

Размер российского рынка накопителей, по разным оценкам, может составить от 3 миллиардов долларов до 8 миллиардов долларовдолларов в год. Именно поэтому поддержка формирования в России новой высокотехнологичной отрасли, которая связана с системами хранения энергии и их компонентов, сегодня является очень важной задачей. При этом одним из главных драйверов роста спроса на системы хранения энергии будет увеличение числа «цифровых» производств с повышенными требованиями к качеству электроэнергии.

В России уже есть определенный научно-технический задел по таким направлениям, как суперконденсаторы, гидроаккумулирующие электростанции, литий-ионные аккумуляторы, лифты твердых грузов, маховики. Вместе с этим надо последовательно повышать уровень локализации и наращивать инжиниринговые компетенции и по другим компонентам, которые представлены на рынке пока только в зарубежном исполнении (пневматические системы, термические накопители, воздушно-цинковые аккумуляторы и так далее).

Основные эффекты от применения накопителей энергии в промышленности совершенно очевидны - это снижение потерь от остановки производственной деятельности при перебоях с энергоснабжением, уменьшение стоимости тех присоединения и самой электроэнергии, экономия на расходе топлива и обслуживании дизель-генераторов, развитие соответствующих смежных отраслей. Эффект от создания новой высокотехнологичной отрасли промышленности, обеспечивающей импортозамещение, оценивается в семь-восемьмиллиардов рублей выручки в год при уровне локализации в 50%.

Возобновляемые источники энергии в удаленных регионах

В глобальном масштабе объемы ввода генерации на основе возобновляемых источников энергии в России пока что довольно скромные. Совокупная мощность возобновляемых источников энергии в стране составляет примерно 53,5 ГВт, а без учета гидроэнергетики этот показатель не превышает 2,5 ГВт. Но у каждой технологии своя страновая специфика. И в плане развития альтернативной энергетики Россия обладает одним неоспоримым преимуществом - своей территорией.
Наиболее логичным является использование возобновляемых источников энергии именно в удаленных или энергодефицитных районах, испытывающих зависимость от малоэффективных дизельных генераторов. В стране насчитывается примерносто тысяч изолированных поселений, организовать в которых централизованное энергоснабжение или почти невозможно, или очень дорого.

Так, в селе Менза Забайкальского края была запущена в этом году первая автономная гибридная энергоустановка, состоящая из солнечных модулей, дизельных генераторов и накопителя энергии. Только в Забайкалье более 20 населенных пунктов нуждаются сегодня в стабильном энергоснабжении. Именно в такие районы и должны внедряться лучшие технологии и решения в области альтернативной энергетики.

Аналогичным образом решаются и проблемы энергообеспечения в Арктике. Отечественная промышленность разрабатывает высокотехнологичные решения для развития возобновляемых источников энергии в труднодоступных регионах. Например, компания «ЭлеСи» и специалисты Томского политехнического университета создают «умный» энергокомплекс, способный получать энергию сразу из нескольких источников - солнца, ветра, дизель-генераторов, микро-ГЭС. Установка оснащена солнечной панелью и ветрогенераторами различных видов, которые можно использовать как по отдельности, так и в комплексе. Технология адаптирована для работы в экстремальных условиях и окажется полезной для любых мест, где требуются автономные источники энергии - от крайнего севера до южных пустынь.
В России могут эффективно использоваться и другие перспективные направления альтернативной энергетики. Разумеется, исходя из экономической целесообразности и с учетом региональной специфики.

Например, в Мурманской области по-прежнему действует сооруженная еще в 1960-х годах Кислогубская приливная электростанция мощностью 1,7 МВт. Проекты такого рода выгодно развивать, например, на берегах Охотского моря, где наблюдаются самые высокие приливы в стране. А Камчатка теоретически может стать «российской Исландией» ввиду того, что высочайшая активность термальных вод позволит развивать там строительство геотермальных станций. Главный вопрос тут в решении технологических барьеров.

Еще одним направлением альтернативной энергетики является производство пеллет - топливных гранул из отходов лесной промышленности (в Минпромторге их относят к возобновляемым источникам энергии. - Forbes). Например, в перечень комплексных инвестиционных проектов, получивших государственную поддержку, вошел проект компании «Бионет». В Архангельской области был построен завод по созданию промышленных пеллет мощностью 150 тысяч тонн в год. В феврале 2017 года состоялась первая отгрузка топливных пеллет в Европу для их последующего сжигания в ТЭЦ Парижа.

Роль России на мировом рынке возобновляемых источников энергии

Мировыми лидерами в области энергетического машиностроения в целом по-прежнему остаются США, Германия, Япония, Франция, Италия. Очевидно, что конкурировать с ними на глобальном рынке Россия в обозримой перспективе не может, как и полностью импортозаместить зарубежные решения и технологии. Рынок уже поделен, и основную долю в его структуре в ближайшие годы будут по-прежнему занимать крупнейшие зарубежные компании.

Поэтому главная на сегодня цель - это встраивание российских компаний в глобальные цепочки, сотрудничество с мировыми лидерами, трансфер технологий и дальнейшая локализация производства отсутствующего в России оборудования, в том числе для проектов в сфере альтернативной энергетики.
Активное развитие в последние годы секторов возобновляемых источников энергии позволило подключить к развитию возобновляемой энергетики большое количество отечественных машиностроительных, металлообрабатывающих и электротехнических предприятий. И с каждым годом уровень локализации ключевого оборудования для возобновляемой энергетики будет расти, формируя таким образом новые высокотехнологичные отрасли отечественной промышленности.

• Сланцевый газ, потепление климата, наводнения, засухи, сокращение лесных массивов
• В мировой электроэнергетике за последние 15-20 лет произошла масштабная революция – возобновляемая энергетика, особенно солнечная и ветроэнергетика.
• Существует вероятность техногенной катастрофы (Фукусима).
• Научно-технологическая революция в нефтедобывающем комплексе (за последние 10-15 лет) – сланцевый газ, сланцевая нефть. Сланцевый газ поменял всю картину США: в 2005 году в США пик импорта нефти, к 2020 году – 2-е место в экспортных поставках сланцевого газа.
• Увеличение добычи труднодоступной нефти, трудноизвлекаемых запасов нефти.
• Сбои/срывы поставок: арабская «весна», Ливия, Судан (и раньше такое было, но объемы поставок восстанавливались десятилетие).

Стратегические направления:

• Повышение энергоэффективности и энергоёмкости экономики. (Энергоёмкость снижается не слишком высокими темпами, в то время как энергоэффективность растёт достаточно быстро. Снижение СО 2 вносит большой вклад в повышение энергоэффективности). Нужна более эффективная транспортировка.
• Снижение выбросов парниковых газов (за счет снижения доли угля хотя бы на 1% в мировом энергобалансе на газ и за счет роста доли ВИЭ — возобновляемых источников энергии).
• Уменьшение ресурсоёмкости производства.

Китай

• Правительство наконец-то осознало угрозу загрязнения природы.
• Самые большие инвестиции в ВИЭ.
• Масштабный кризис в солнечной энергетике. Китай выстроил мощности по солнечной энергетике по всему технологическому циклу, начиная от кремния и заканчивая панелями. Введённый объем мощности в Китае в 2 раза больше, чем весь объем мирового рынка. В результате полностью рухнули рынки всех крупнейших солнечных компаний, обанкротились компании по производству поликремния.
• Реакция мира – реальная торговая война для китайского оборудования для солнечной энергетики: США ввели запретительные пошлины на такое оборудование и Европа на грани ввода запретительных пошлин.

Проблемы развития ВИЭ

Экономика. ВИЭ – это дорогое удовольствие, которое приходится субсидировать. Парадокс: ввод огромных новых мощностей от ВИЭ, но ни солнце, ни ветроэнергетика пока экономически нерентабельны, существуют только за счет дотаций. Чем выше темпы роста, тем значительнее нужны дотации. Из-за разного уровня субсидирования ВИЭ в разных странах на разные источники большой диспаритет цен, что является большой проблемой (цены на нефть глобальные и ±10% в мире, в то время как цена на газ в Европе в 3 раза выше, чем в США и в России, а в Японии ещё на 40% выше, чем в Европе). Но недавно в большинстве стран ЕС снизили или отменили дотации на ВИЭ.

Сегодня производство кремния или любого полупроводникового металла экологически вредно, какие бы способы очистки не использовались. Любое полупроводниковое производство заражает окружающую землю, воду. И расширение производства стандартного кремния, арсенида галлия лишь усилит такую экологическую нагрузку. Переход к рулонным солнечным батареям – это очевидно существенный выигрыш в экологичности.

Германия фактически отказалась от атомной энергии, но это чисто политическое решение.

Биотопливо неэффективно. Некоторое время назад был бум на производство биотоплива из маиса, но из-за нехватки посевных площадей резко (чуть ли не в разы) подскочили цены на продукты питания.

Проблемы ветроэлектростанций: Инфразвук (ветряки имеют такую частоту оборотов, от которой погибает всё живое или убегают – эту опасность мы осознаем позже) и площадь (ветряками покрыта огромная часть площади в Калифорнии, в Европе).

Перспективы развития ВИЭ

Мировой энергетический баланс: уголь (около трети), ветер (5%), солнце (2%). Доля ВИЭ 7% (данные Bloomberg, 2013 ). К 2050 году доля ВИЭ составит 40% , включая гидроэлектростанции (Международное энергетическое агентство ).

Базовым драйвером будет не СО 2 , а экономика каждого вида генерации.

Энергетический прогресс будет продолжаться, ВИЭ станут всё более и более конкурентоспособными и начнут конкурировать с атомной энергетикой. Если произойдёт мощный технологический скачок, то картина изменится существенным образом.

Ожидается, что в ближайшее десятилетие произойдёт сетевой паритет – это ситуация, при которой себестоимость киловатта в час, выработанной солнечной энергией, будет равна себестоимости производства сетевого киловатт в час. В разных странах это произойдёт в разное время. Многие эксперты говорят, что с 2014 по 2024 гг. через сетевой паритет пройдут абсолютное большинство европейских и не только европейских стран. После прохождения сетевого паритета начнётся совсем другое, более масштабное использование ВИЭ и без дотаций, естественный спрос.

Солнечная энергетика: переход от традиционных технологий (мультикремний, поликремний, тонкие плёнки, арсенид галлия) к рулонным технологиям, т.е. к поставке солнечных батарей в виде мотка или куска любых размеров в зависимости от спроса.

Перспективы развития ВИЭ в России

В России газ и уголь останутся базовыми отраслями. В связи с развитием ВИЭ вырастут обслуживающие отрасли – машиностроение по производству оборудования для солнечной энергетики и для ветроэнергетики, вырастут инженерная база и финансирование в науку. Россия стояла у истоков зарождения солнечной энергетики (Курчатовский институт, физтехи, космос) на высочайшем уровне понимания и эти научные знания – наше конкурентное преимущество перед всем миром. Важно, что страны с развитыми инжинирингом и наукой получат и мировой рынок.

Россия – энергетическая сверхдержава, на первый взгляд ВИЭ нам особо не нужна, но это необходимо будет делать. Исчерпаемость ресурсов (даже если это 50, 100 лет), поэтому несмотря на богатые ресурсы России, ВИЭ нам нужна и необходимы дотации – это осознается на высоком уровне и вводятся меры: Минэнерго разрабатывает проект по стимулированию ВИЭ, начинается стимулирование композитной отрасли (углепластики для ветроэнергетики).

Россия имеет уникальные конкурентные преимущества для развития всех видов альтернативных источников энергии – от геотермальной энергетики (гейзеры на Дальнем Востоке) до приливной энергетики на севере.

В России огромные площади , которые можно использовать под ВИЭ. Для установки ветряков у нас огромная береговая линия и огромная территория.

В России есть гигантская часть несетевой энергетики – это Дальний Восток, Якутия, Западная Сибирь, Приполярный Урал, Архангельская область, Мурманская область. Это обширные регионы, в которых существуют тысячи устаревших изолированных дизельных электростанций (в Европе изолированная энергетика – всего 0,6%). Цена генерации в тех местах невероятно высока, поэтому простая комплексная установка солнце-ветро-дизель абсолютно адекватна даже при нашей современной экономике.

По материалам выступлений спикеров на Гайдаровском форуме (секция «Энергетика», 16.03.2014)