Вызовы для энергосектора России до 2035 года

Олег Валерьевич Жданеев
Руководитель дирекции технологий ТЭК ФГБУ «РЭА» Минэнерго России, к. ф.‑ м. н.,
e-mail: Zhdaneev@rosenergo.gov.ru

Семен Сергеевич Зуев
Директор проекта дирекции технологий ТЭК ФГБУ «РЭА» Минэнерго России,
e-mail: Zuev@rosenergo.gov.ru

В данной статье дается представление о текущей ситуации в электроэнергетической отрасли в части обеспеченности собственными технологическими решениями, проблемах и задачах на перспективу, формируются цели и приоритеты технологического развития, определены направления развития кадрового потенциала, необходимые меры государственной поддержки и организационные механизмы стимулирования инновационной деятельности. Особое внимание уделено формированию перечня перспективных технологий, способных обеспечить достижение поставленных целей. Также рассмотрены возможные риски, связанные с процессом формирования новых высокотехнологичных производств на территории Российской Федерации.

Введение

Стратегические цели России в электроэнергетике заключаются в интенсивном развитии генерирующей и электросетевой инфраструктуры, реализация которых возможна только при создании собственных технологий высокоэффективного энергетического оборудования.
Согласно сценарным условиям, в России до 2035 года ожидается рост потребления электроэнергии. Только в текущем году этот показатель может увеличиться на 24 % [1]. Это предполагает строительство новых и обновление существующих электрических сетей, замещение установок с низким КПД на более эффективные мощности газовой и угольной генерации, рост атомных электростанций, развитие возобновляемых источников энергии, в том числе использующих энергию ветра, солнца и воды. Структура мощности при этом не претерпит существенных изменений за исключением новой «зеленой» энергетики, объем которой должен увеличиться более чем в 10 раз через 15 лет. Изменение производственных мощностей в указанный период планируется на уровне 17–21 ГВт – АЭС, 1–1,5 ГВт – ГЭС, 32–41 ГВт – ТЭС, 10–15 ГВт – ВИЭ [2].
Мировая энергетика сегодня переживает этап важных изменений, которые в течение следующих 10–15 лет окажут определяющее влияние на то, как мы производим, передаем и распределяем электроэнергию, заправляем наши автомобили, освещаем и обогреваем наши дома. Но глобальные мировые тренды, такие как декарбонизация, цифровизация, децентрализация, в разных географических регионах будут приобретать свою специфику в зависимости от множества локальных тенденций.
Сложная геополитическая обстановка накладывает ряд ограничений на топливно-­энергетический комплекс России. Это запрет на поставку импортного оборудования для разработки трудноизвлекаемых запасов нефти на суше и нефтегазовых месторождений на шельфе, а также на импорт продукции двой­ного назначения, в том числе электронных компонентов. Кроме того, санкции ограничивают предоставление долгосрочных кредитов у иностранных банков. Это определяет высокие риски для непрерывности ведения бизнеса российских энергетических компаний.

Согласно сценариям, в РФ до 2035 года ожидается рост потребления электроэнергии. Только в текущем году он может увеличиться на 24 %

Анализ технико-­экономических показателей и целевых ориентиров до 2035 года показывает, что основными проблемами, с которыми столкнется отрасль, станут высокий износ основных фондов предприятий электроэнергетики (в электроэнергетике и газовой промышленности он достигает примерно 60 % [3]), вынужденная генерация (в 2021 году вынужденный режим получат 3,55 ГВт мощности [4]), отсутствие технологий и производств современных высокоэффективных турбин (из 695 теплофикационных турбин на газовых ТЭС: 81 % в эксплуатации более 30 лет, из них 59 % отработали более 40 лет и требуют незамедлительной замены [5]), догоняющее развитие возобновляемых источников энергии (в России построено на начало 2019 года около 1,1 ГВт установленной мощности [6]). Кроме того, одним из главных вопросов остается необходимость повышения операционной эффективности отрасли. Для этого необходимо снизить уровень потерь в электрических сетях до 6–7 % [9]; повысить эффективность тепловых электростанций, использующих газовые турбины, до мировых показателей: более 60 % в режиме парогазовой установки; снизить стоимость производства электроэнергии на основе возобновляемых источников энергии до уровня, который позволит конкурировать с традиционными источниками энергии; сократить на 30 % операционные расходы и на 50 % капитальные затраты в электрических сетях[9].
Решение каждой из этих проблем связано с высокими капитальными затратами и рисками, порожденными сильной зависимостью российской электроэнергетики от иностранного оборудования. Побороть эту зависимость и развить собственные инновационные технологии возможно за счет создания различных государственных механизмов стимулирования развития отечественного производства.

Перспективы технологического развития

Многие критичные для энергосистемы технологии, такие как высокоэффективные газовые турбины, оборудование для ветряных электростанций, электронные компоненты для систем АСУ ТП, элегазовые комплектные распределительные устройства высокого напряжения и другие, в России массово не производятся. Электроэнергетические предприятия вынуждены закупать такое оборудование за рубежом (объём импорта более 170 млрд руб. [10]), а также пользоваться дорогостоящими сервисными услугами иностранных компаний (стоимость которых превышает стоимость оборудования в 2‒3 раза). Для минимизации риска ограничения импорта подобных технологий необходимо развивать собственную научно-­производственную базу. Среди наиболее значимых с точки зрения сохранения энергетической независимости и повышения эффективности для электроэнергетики направлений можно выделить:
турбины газовые;
электронные компоненты для оборудования систем АСУ ТП, РЗА и ПА;
программное обеспечение для систем АСУ ТП, систем управления: системы планирования ресурсов предприятия (ERP системы), системы управления активами (EAM системы) и другие;
системы накопления и хранения электрической энергии;
электронные компоненты для оборудования систем учета электроэнергии: приборы учета, устройства сбора и передачи данных;
компоненты для технологий цифровой трансформации: «умный» дом (Smart House), «умные» сети (Smart Grid), «умный» город (Smart City).
По этим направлениям доля импорта составляет от 80 до 100 % [11].
Возможность снижения доли импорта в большей мере зависит от степени готовности отечественной научно-­производственной инфраструктуры реализовать заказ электроэнергетических компаний и государства. На помощь могут прийти предприятия оборонно-­промышленного комплекса (далее – ОПК), которые имеют высококвалифицированный кадровый состав и необходимую конструкторскую базу.
Среди наиболее перспективных технологий в электроэнергетике России до 2035 года, можно выделить:
«умные» технологии: «умный» дом, «умный» город, «умные» электрические сети;
производство электромобилей;
технологии производства высокоэффективных газовых турбин;
технологии повышения эффективности возобновляемых источников энергии;
технологии накопления и хранения электрической энергии; технологии производства робототехники для эксплуатации инфраструктуры;
оптические технологии измерения количества и качества электроэнергии;
технологии производства электронных компонентов для микропроцессорных систем диагностики и датчиков, систем связи, систем АСУ ТП, систем РЗА и ПА;
технологии производства современных средств индивидуальной защиты для работ под напряжением и другие.

Возможность снижения импорта в большей мере зависит от готовности отечественной научно-производственной нфраструктуры реализовать заказ энергокомпаний и государства. На помощь могут прийти предприятия ОПК

Развитие электроэнергетики и энергетического машиностроения неразрывно связаны. Такой симбиоз открывает ряд возможностей как для электроэнергетической отрасли, так и для экономики страны в целом. Эффективность выработки электроэнергии можно повысить за счет внедрения высокоэкономичных газовых турбин, использования возобновляемых источников энергии, в первую очередь в удаленных районах, формирования более маневренной энергосистемы, активизации использования местных энергетических ресурсов, разработки и внедрении инновационных технологий.
Такие технологии требуют определенного уровня развития химической промышленности (материалы для лопаток газовых турбин, катализаторы для производства водорода и аккумуляторов, кремний и редкоземельные металлы особой чистоты и другое), металлургии (газоплотное литьё для элегазового оборудования), радиоэлектроники (технологический процесс не менее 20 нм, технология литографии, окисления, легирования кремния и другие).

Импортозамещение
в электроэнергетике

Объём российского рынка энергетического машиностроения, электротехнической и кабельной промышленности в 2018 году составил более 618 млрд руб., что на 3,3 % выше 2017 года [12]. Объем импорта в том же году показал снижение на 2,61 % и составил 168 млрд руб. Внутреннее производство выросло на 4,7 % ‒ до 582 млрд руб. [10].
Объем экспорта энергетического оборудования в 2018 году увеличился на 1,4 % ‒ до 131 млрд руб. При этом на энергетическое машиностроение приходится 90 млрд руб. (68,4 %), на электротехническую промышленность – 20 млрд руб. (15,2 %), на кабельную – 22 млрд руб. (16,4 %) [12]. Следует отметить существенное изменение доли экспорта продукции энергетического машиностроения за период с 2014 года по 2018 год: с 8,3 % до 47 %. Аналогичный показатель по кабельной промышленности в процентном соотношении практически не изменился. В электротехнической промышленности наблюдается снижение доли экспорта с 17,6 % до 13,6 %.
Импортной продукции на энергетическое машиностроение приходится 55 млрд руб. (32,8 %), на электротехническую промышленность – 59 млрд руб. (35,2 %), на кабельную – 54 млрд руб. (32,0 %) [12]. Доля импорта энергетического машиностроения в 2014‒2018 годах увеличилась с 25,3 % до 35,3 %, электротехнической и кабельной промышленности снизилась с 43,2 % до 31,7 % и с 28,8 % до 29,5 % соответственно. Совокупно доля импорта показывает отрицательную динамику: с 31,4 % до 27,2 %. Общий объем российского рынка при этом за тот же период вырос на 9,5 %.
Причины, по которым предприятия электросетевого комплекса и генерирующие компании осуществляют закупки оборудования иностранного производства, не всегда связаны с отсутствием отечественного производства. К ним можно отнести:
по отдельным направлениям, которые не получили должного развития в России, более низкая надежность отечественных аналогов: вероятность отказа во время гарантийного периода;
в ряде случае неудобство эксплуатации и ремонта;
меньший гарантийный срок эксплуатации и срок межремонтного интервала;
из-за ограниченности внутреннего рынка более высокая по сравнению с зарубежными аналогами стоимость оборудования и комплектующих;
в ряде случаев отсутствие качественного сервиса;
из-за неразвитости межотраслевого информационного обмена недостаток информации о перспективных разработках;
в ряде случае слабая по сравнению с зарубежными компаниями ориентация на нужды заказчика.

Меры государственной поддержки

Инновационное развитие электроэнергетической отрасли напрямую связано с развитием отечественного энергетического машиностроения и радиоэлектронной промышленности.
В качестве направлений стимулирования и поддержки технологического развития в электроэнергетике возможно выделить следующие:
прямое стимулирование крупных государственных компаний и естественных монополий к реализации программ инновационного развития;
предоставление на конкурсной основе малым, средним и крупным компаниям грантов по приоритетным направлениям развития отрасли (например, уже действует Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-­технической сфере (Фонд содействия инновациям);
поддержка развития научно-­производственных консорциумов по приоритетным направлениям развития отрасли: формирование соответствующей нормативно-­правовой базы, государственное субсидирование инновационных разработок и другие;
совершенствование инструментов налогового стимулирования инновационной деятельности предприятий;
усиление инновационной направленности деятельности специализированных банков и финансовых институтов развития: стимулирование включения в портфели таких организаций инновационных проектов, в том числе с высоким риском (венчурные инвестиции);
совершенствование системы поддержки экспорта высокотехнологичной продукции (услуг).
В качестве примера можно привести создание единого реестра российской радиоэлектронной продукции (далее – Реестр РРП) и введение правила «третий лишний». При закупках радиоэлектроники заказчик отдает приоритет тем заявкам, которые содержат предложения о поставке продукции из Реестра РРП, и отклоняет все заявки, которые содержат продукцию иностранного производства, аналогичную включенной в Реестр РРП, при условии, что подано не менее двух заявок, которые содержат предложения о поставке радиоэлектронной продукции, включенной в реестр.
В качестве аналогичного примера следует также отметить механизм Специального инвестиционного контракта (СПИК и СПИК 2.0).

Создание отечественных инновационных производств требует решения вопроса сбыта продукции на российском и зарубежных рынках

Данные меры государственной поддержки предоставляют возможность реализации в России промышленных производств, конкурентных мировым. Срок СПИК 2.0 не более 15 лет для проектов с объемом инвестиций до 50 млрд руб., а для проектов с объемом инвестиций от 50 млрд руб. – не более 20 лет. Этот срок может быть продлен по решению правительства Российской Федерации.

Организация консорциумов

Разрабатывать инновационное энергетическое оборудование могут специально созданные консорциумы производителей и разработчиков. При этом с самого начала будущих проектов необходимо параллельно иметь нормативно-­правовую базу для мер государственной поддержки. К разработке необходимо привлекать дизайн-­центры, в том числе ОПК, ведущие научные институты и предприятия. Для каждой роли должны быть определены предполагаемые исполнители и необходимые ресурсы.
Структурно состав консорциума представлен на рис. 1.
В состав каждого консорциума целесообразно включать представителей Минэнерго и Минпромторга, ключевых предприятий ТЭК, разработчиков и производителей оборудования, лабораторий тестирования, дизайн-­центров, научно-­исследовательских институтов. В качестве организационно-­правовой формы возможно использовать автономную некоммерческую организацию (ассоциацию или некоммерческое партнерство). Внутри консорциума роли следует распределять таким образом, чтобы каждый участник работал в той сфере деятельности, где он достиг наивысшего технического уровня при наименьших затратах.

Подобная форма организации разработки инновационного капиталоемкого оборудования успешно зарекомендовала себя в других странах: США, странах Европейского Союза. Консорциум позволяет снизить финансовые риски каждого участника, обеспечить непосредственное взаимодействие потребителя и производителя, обеспечить государственные гарантии и (или) субсидии, вносить в общее дело как деньги и имущество, так и профессиональные и иные знания, умения, навыки, а также деловую репутацию, связи, опыт, информацию, товарный знак и все возможные виды материальных и нематериальных активов, а также комплексы исключительных прав и иные виды вкладов, о внесении которых стороны достигнут договора.
Создание отечественных инновационных производств требует решения вопроса сбыта на российском и зарубежных рынках. Решая эту задачу нужно ориентироваться на этапы, представленные на рис. 2.

Время, затраченное на реализацию каждого этапа и проекта в целом, может отличаться в зависимости от уровня сложности конкретной технологии, наличия финансирования, готовности российских и зарубежных партнеров к сотрудничеству и других факторов.

Заключение

Повышение темпов технологического развития страны требуют развития следующих технологий:
технологии производства электронных компонентов для микропроцессорных систем диагностики и датчиков, систем связи, систем АСУ ТП, систем РЗА и ПА;
цифровые технологии: управление спросом на электрическую энергию, цифровые двой­ники, Smart House, Smart Grid (в том числе «умные» приборы учета, мониторинг сети в режиме реального времени), Smart City и другие;
технологии традиционной генерации: газовые турбины мощностью 35 МВт и более с высоким КПД (более 60 % в режиме ПГУ), паровые турбины на сверхкритичные параметры пара, паровые котлы с циркулирующим кипящим слоем;
технологии «зеленой» энергии: технологии производства электромобилей, технологии повышения эффективности возобновляемых источников энергии, технологии накопления и хранения электрической энергии, водород и другие; которые позволят достичь целей в области устойчивого развития.
Развитие высокотехнологичного производства в России сопряжено с проектными и технологическими рисками. Некоторые из них приведены в таблице 1.

Эффективному управлению данными рисками будут способствовать такие меры, как развитие собственных технологий за счет увеличения финансирования НИОКР, роста числа федеральных целевых программ в части фундаментальных и прикладных исследований, стимулирования инновационной и рационализаторской деятельности на предприятиях, заключения специальных инвестиционных контрактов, развития собственных технологий производства электронных компонентов; локализация производств ЭКБ в России; внедрение лучших мировых практик по контролю качества; внедрение новейших технологий управления.
Технологические риски по развитию производств в основном сводятся к следующему:
риск некорректной оценки стоимости и сроков реализации мероприятий;
риск нехватки материально-­технических ресурсов на реализацию проектов;
высокие капитальные затраты на переоборудование производства для выпуска энергетического оборудования и ЭКБ.
Наступление данных рисков может оказать существенное влияния на развитие отрасли и достижение целевых показателей. Снизить риски можно за счет таких мер, как обеспечение широкой отраслевой, внеотраслевой и межстрановой кооперации, стимулирование инновационной активности, отраслевое научно-­техническое прогнозирование и разработка отраслевой технической политики.
Появление в российской электроэнергетике отечественного высокотехнологичного оборудования невозможно без таких отраслей, как химическая промышленность, металлургия, радиоэлектронная промышленность, энергетическое машиностроение, электротехническая и кабельная промышленность. Их взаимоувязанное развитие создаст возможность замещения внутренней потребности предприятий электроэнергетики отечественными аналогами, что сформирует рынок для российского производителя в размере более 200 млрд руб. к 2030 году [14]. В развитие мировой энергетики до 2040 года планируется вложить около 130 трлн руб. [15].

Зависимость от зарубежных технологий и оборудования, неразвитость отдельных направлений науки, недостаток высококвалифицированных кадров – это посильные вызовы для отечественной электроэнергетики

Необходимо развивать практику кооперации и коллаборации между государством, производственными проектными и научно-­исследовательскими организациями и потребителями.
Формирование консорциумов, как одного из наиболее эффективных инструментов объединения усилий, будет способствовать минимизации финансовых рисков участников, повышению доступности информации, наращиванию компетенций в выпуске продукции по мировым стандартам (для предприятий ОПК: продукции гражданского назначения), а также компетенций в продвижении и продажах. Предприятия ОПК, обладающие многолетним опытом разработки высокотехнологичного оборудования для целей обороны страны и современной материально-­технической базой, получат возможность освоить новые рынки энергетического оборудования, на которых в настоящее время сложилась ситуация монопольного присутствия иностранных производителей: высокоэффективных газовых турбин большой мощности, паровых котлов с циркулирующим кипящим слоем, элементов ЭКБ и программного обеспечения для АСУ ТП, оборудования для возобновляемых источников энергии и других.
Существенная зависимость отечественной энергетики от зарубежных технологий, оборудования и комплектующих («доля зарубежных поставщиков достигает 70 %» [16]), а также критичность отдельных элементов энергетической инфраструктуры, широкое развитие цифровизации и автоматизации производств, неразвитость отдельных направлений науки, недостаток высококвалифицированных кадров и многое другое – это посильные вызовы для отечественной электроэнергетической отрасли, требующие системного подхода, объединения усилий и принятия взвешенных решений.