Министерство Энергетики

Новая энергетика: возможности и перспективы

Михаил СМИРНОВ
Президент Ассоциации инновационных предприятий в энергетике «ЭнергоИнновация», д. п. н., действительный член Академии политической науки
e-mail: smirnov@energoinnovation.org

В условиях глобальной трансформации мировой энергетики, России требуется новая, более комплексная энергетическая стратегия. Этот документ необходим не столько энергетикам и нефтяникам, а сколько обществу. Но для того, чтобы создать такой документ, нужно подобрать правильные термины, сформировать новый язык, соответствующий современным реалиям. В ходе создания такого «словаря» (точнее, тезауруса – совокупности взаимосвязанных понятий) особую роль играют системообразующие смысловые категории [5], такие как технологическая конвергенция, новая энергетика и Энергетика 4.0. С нашей точки зрения, они очень важны для формулирования роли России в мировом энергопереходе.
Технологическая конвергенция. Обычно, когда говорят об энергопереходе, главное внимание уделяют переходу от традиционной углеводородной энергетики к возобновляемой (ВИЭ). Между тем, с нашей точки зрения, будущее российской энергетики – это взаимопроникновение и взаимное влияние технологий генерации энергии, то есть «технологическая конвергенция». Между ВИЭ и традиционной (углеводородной) энергетикой на самом деле довольно тонкая грань, сегодня не нужно их противопоставлять друг другу. По мере развития технологий, возобновляемая энергетика приближается к традиционной в части стоимости, простоты использования, применения гибридного подхода в работе. Традиционная (углеводородная) энергетика приближается к возобновляемой в части энергоэффективности, снижения углеродного следа и экологичности.
Новая энергетика. Сегодня жители как России, так и всего мира оказались в эпицентре четвертой промышленной революции. Что будет дальше, не знает никто. Мы должны поставить весьма резонный вопрос об еще одном ключевом термине – «новой энергетике», который охватывает значительно больше областей, чем просто возобновляемая энергетика. Помимо постоянно обсуждаемой тенденции перехода к ВИЭ, оно включает в себя и развитие углеводородной генерации. И сегодня важно понимать дальнейший вектор, уловить баланс между традиционной энергетикой и ВИЭ.

Зеленчукская ГЭС-ГАЭС
Источник: rushydro.ru

Новые вызовы – новые выводы

Сегодня, чтобы понять, в каком направлении двигаться и какие меры предпринять, в первую очередь, необходимо осмыслить новые вызовы.
Первый – технологический. Энергетика меняется под воздействием технологического развития, причем за период коронавируса некоторые грани открывались еще стремительнее. Так, за 2020 год в мире было введено в эксплуатацию около 260 ГВт возобновляемых источников генерации энергии. Международное энергетическое агентство (МЭА) в своем последнем прогнозе пришло к выводу, что солнце может стать главным источником электроэнергии в Европе уже через 5 лет. По данным Solar Power Europe, в 2019 году сектор солнечной энергетики Европы вырос на 104 % г/г (+16,7 ГВт), что стало рекордным показателем с 2010 года. Процесс возглавила Испания, увеличившая свои солнечные мощности на 4,7 ГВт, а за ней последовали Германия (+4 ГВт), Голландия (+2,5 ГВт), Франция (+1,1 ГВт) и Польша (+0,784 ГВт). Кроме того, недавно Европейская комиссия сообщила о планах повысить целевой уровень по доле возобновляемых источников энергии в энергетической системе ЕС на 2030 год с текущих 32 % до 38–40 % [1].
Альтернативные источники энергии все быстрее вытесняют традиционные углеводороды. Но и традиционная углеводородная генерация меняется. Точнее это уже и не генерация. Это когенерация (выработка электроэнергии с утилизацией тепла), тригенерация (электроэнергия+тепло+холод) и квадрогенерация (электроэнергия+тепло+холод+утилизация CO2). А если это еще и дополняется гибридными моделями с использованием накопителей энергии и ВИЭ, то это уже совсем другая энергетика – новая энергетика. Ее стоимость, экологичность и качество принципиально иные. Здесь совместно с ведущими предприятиями инновационного энергетического сектора – представителями ассоциации «ЭнергоИнновация» – мы обозначили несколько доступных уже сегодня технологических решений [2].
Мы предлагаем внедрить новую энергетику, которая будет объединять и альтернативные источники и традиционные, но прошедшие существенный апгрейд.
Еще один вызов – географический. Он обусловлен спецификой расположения российской территории. Главные особенности: протяженность и относительно низкая солнечная активность. Удаленные территории – это наша специфика, уникальность и в то же время, проблема, которая в будущем должна стать конкурентным преимуществом. Часто в наших северных условиях использование только одних солнечных панелей оказывается нецелесообразным.

Энергоэффективность – это новое топливо

Важнейшим драйвером развития экономики страны и важным стабилизирующим социально-­политическим механизмом могут стать технологии (методики) прорывного развития на основе эффективного и инновационного энергообеспечения, в интересах как развития производства и бизнеса, так и сферы ЖКХ и социальной инфраструктуры.
Итак, задача поставлена. Ищем выход. Сегодня много говорят о том, что это может быть внедрение генерации в хабах – узлах или точках новой энергетики. Это должно быть доступно, надежно и дешево.
Нам важно помнить об исторических особенностях российской энергетики. В 2020 году исполнилось 100 лет Государственному плану электрификации России (ГОЭЛРО). Этот документ в далеком 1920 году стал первым (и поистине прорывным) планом развития экономики Советской России. Он определял развитие не только энергетики, но и всего народного хозяйства. Благодаря реализации этого плана был заложен фундамент для индустриализации, и Советская Россия стала экономически развитой державой. Базовая идея ГОЭЛРО – развитие электрификации на основе концентрации мощностей и централизации электроснабжения – сохранила значимость для российской энергетики до настоящего времени. Однако, то, что требовалось централизовать в условиях технологий 2‑й промышленной революции, уже можно сделать децентрализованным в условиях 4‑й.
Вторая историческая и геополитическая особенность – газификация. По оценкам Минэнерго, на сегодня уровень газификации в стране составляет 70 % от потребности, этот показатель планируется довести до 83 %. Причем, как сообщила газета «Ведомости», на достижение покрытия в 83 % потребуется 10 лет и порядка 2 трлн руб. [2]. Бюджет «Газпрома» на газификацию на указанный период составляет 700–750 млрд руб. Высокий уровень газификации обеспечивает доступ к газу не только для населения, но и для промышленности. Таким образом, возникает ресурсная техническая возможность для развития энергоэффективной генерации.

Как преодолеть эту эстафету?

Если говорить о текущей ситуации, то управление энергопотреблением становится серьезным вызовом. Сложностей много – турбулентность цен на энергоносители, растущая несправедливость рынка электроэнергии, меняющиеся нормативные требования, переход к альтернативным, возобновляемым источникам энергии, ужесточение экологических требований/обязательств по выбросам СО2 и другие. И здесь уместно вспомнить еще об одном ресурсе новой энергетики – цифровизации. Цифровые технологии – большие базы данных, удаленный мониторинг, интернет вещей, самообучающиеся системы – позволяют еще больше усилить энергоэффективность и экологичность традиционной углеводородной генерации. Каким образом? За счет сокращения и оптимизации затрат и потерь на обслуживание техники, за счет оптимизации режимов работы, за счет большей технологичности гибридных решений (сочетания углеводородной и возобновляемой генерации). Вот почему цифровые технологии (наряду с энергоэффективностью) часто называют «нефтью 21 века». Все это детально прописано в программном документе «ЭнергоИнновации» – «Энергетика 4.0».
Сейчас не нужно тянуть провода, наступило время гибридной энергетики и цифровизации управления.

Новые правовые модели для новой энергетики

В сентябре 2020 года вступило в силу Постановление Правительства РФ об активных энергетических комплексах (№ 320 «О внесении изменений в некоторые акты Правительства Российской Федерации по вопросам функционирования активных энергетических комплексов»). Весьма символично, что в этих же числах 2020 года состоялось еще два знаковых события: Battery Day (годовое собрание акционеров Теслы) и перепозиционирование Сбербанка (ребрендинг в Сбер).
Активный энергетический комплекс – новая форма совместной работы промышленных потребителей электроэнергии и объектов распределенной генерации с использованием последних разработок в области цифровизации российской электроэнергетики. Срок окончания пилотного проекта – 31 декабря 2030 года. Для потребителей электрической энергии внедрение конструкции активных энергетических комплексов означает появление еще одного рыночного инструмента, направленного на повышение эффективности промышленных, сельскохозяйственных и других производственных предприятий за счет существенного снижения затрат на оплату электроэнергии, что повлечет за собой снижение себестоимости производимых товаров и уменьшение цены продажи, а, соответственно, уменьшение финансовой нагрузки на население.

Активный энергокомплекс: возможности и ограничения

Активный энергетический комплекс – функционирующие в составе Единой энергетической системы России электрическая станция и промышленные потребители, в отношении которых выполняются следующие условия: только один из объектов активного энергетического комплекса (АЭК) присоединен к электрическим сетям сетевой организации; все объекты АЭК связаны между собой электрическими связями через объекты электросетевого хозяйства, не принадлежащие территориальной сетевой организации; регулирование производства и потребления электрической энергии (мощности) в комплексе осуществляется с применением управляемого интеллектуального соединения.
Однако, по этой модели суммарная установленная мощность генерирующих установок АЭК не должна превышать 25 МВт, а точки поставки не должны быть зарегистрированы на оптовом рынке. Также в составе энергетического комплекса не должно быть населения и приравненных к нему групп. Нововведение почти не подходит для старых русских территорий ЦФО и СЗФО, но отлично подходит к территориям Сибири и Дальнего Востока.

Газификация частного сектора
Источник: yakutians.com

Газификация для дома

Газификация, безусловно, играет важную внутриэкономическую, социальную и геополитическую роль. По сути, это система потребления газа, альтернативная экспорту. Но важно не доводить ее до абсурда. Слоган «газ в каждый дом» должен предполагать газ ради дома, а не дом ради газа [3]. Современные технологии Энергетики 4.0 позволяют более умно подойти к энергоэффективному обеспечению села.

Технологии Энергетики 4.0

Основными вызовами для современной энергетики являются: низкий уровень диверсификации (централизованная модель); потери при передаче электроэнергии до 35 % и тепла до 40 %; износ и устаревание более 30 % генерирующих объектов; износ сетевого комплекса; низкая эффективность, вследствие выработанного ресурса и устаревших технологий; монополизация рынка электроэнергии; несбалансированность электрических и тепловых нагрузок; социально-­экономический фактор; уровень цен на электроэнергию на внутреннем рынке сопоставим с зарубежным, при стоимости газа в 3–10 раз ниже, чем за рубежом.
Теперь посмотрим, какие технологические возможности существуют на сегодня для решения этих проблем. Во-первых, это децентрализация за счет распределенной когенерации. Речь идет о малой и средней когенерации от 1–25 МВт или до 50 МВт в островном режиме; распределении станций на городском, муниципальном или районом уровне; доступе на розничный рынок электроэнергии для реализации излишек и др. Во-вторых, распределенная энергетика исключает необходимость в передаче энергии на большие расстояния. Это обусловлено замещением неэффективных и экологически «грязных» котельных чистой новой энергетикой, снижающими углеродный след надстройками или заменой на когенерацию. В-третьих, современная малая энергетика эффективна (эКПД ГТУ от 32–40 %, эКПД ГПА от 35–48 %, а суммарные КПД при квадрогенерации могут достигать 95 %). Наконец, в‑четвертых, по итогам перехода ожидается упрощение процедур подключения к сетям и получения лимитов на газ, доступное резервирование мощности. Но в условиях мирового низкоуглеродного тренда более грамотного и перспективного пути, кроме распределенной генерации как части новой энергетики, пока нет.

Локализация

Важно отметить, что локализация малой когенерации значительно проще, чем местное производство генерирующего оборудования большой мощности. Малая единичная мощность (1–25 МВт) может быть одинаково эффективно использована как для ЖКХ, так и для промышленных, и нефтегазовых объектов. Поэтому перспективный рынок для таких энергоустановок (включая и экспортный потенциал) уже позволяет говорить об экономической и технологической оправданности «приземления» их производства в России.
В подтверждение экономика и расчет тарифов. Капитальные и операционные издержки производства представлены в таблице 1.

Таблица 1

Новая энергетика в использовании

Сегодня нам однозначно нужен государственный план развития новой энергетики, включающей в себя как возобновляемую, так и традиционную генерацию, но, безусловно, объединенную требованиями энергоэффективности и экологичности. Нельзя требовать его только от государства. Этот план должен быть продуктом экспертного сообщества, основных производителей оборудования и игроков на рынках электро- и теплоэнергии, грандов углеводородной энергетики и крупнейших потребителей.
Российская энергетика остро нуждается в драйвере экономического развития. Современные технологии Энергетики 4.0 позволяют сделать этот «новый ГОЭЛРО» экономически обоснованным. Мы можем не только выйти на работающие экономические модели и покрыть затраты на внедрение новой энергетики, но и создать прочную основу для глобально-­конкурентоспособной экономики.