Основные современные тренды в развитии систем энергоснабжения были кратко охарактеризованы в конце первой части статьи. Как известно, к ним в первую очередь относятся декарбонизация, децентрализация и цифровизация. При этом термин «цифровизация» допускает большое значение толкований в зависимости от того, к какому объекту он относится. Научный сотрудник НИУ МЭИ Александр Кролин продолжает рассказывать о том, как складывается международный опыт модернизации систем энергоснабжения в мире.
Для достижения максимально возможного уровня цифровизации электроснабжения требуется внедрение инновационных технологий. Некоторые из них, имеющие отношение к генерации, транспортировке и распределению электроэнергии были представлены в первой части статьи.
Инновации в области аккумулирования энергии
Аккумулирование энергии является одним из способов смягчить переменный характер генерации энергии от РЭР, использующих ВИЭ, и повысить управляемость и экономику процесса передачи электроэнергии в сетях. Очевидно, что возможность многократного использования одного и того же устройства хранения энергии является ключом к реализации наилучшего экономического потенциала этой технологии. При этом следует учитывать, что системы аккумулирования энергии являются новым классом активов для большинства сетевых или генерирующих компаний, что может потребовать утверждения новых режимов и правил их регулирования.
Хранение энергии и другие технологии адаптации РЭР, способные быстро реагировать на управляющие сигналы, расширяют возможности для управления изменчивостью возобновляемых источников энергии как локально в распределительной системе, так и в энергосистеме в целом. Однако механизмы эффективного включения распределенных энергоресурсов во вспомогательные и балансирующие услуги сетевых компаний еще не полностью разработаны, а в большинстве стран и вовсе отсутствуют. Бизнес-модели, которые делают это привлекательным для рынков, коммунальных предприятий и владельцев РЭР (автогенераторов), все еще обсуждаются в развитых странах. Устаревшее планирование, операционная аналитика и процессы не учитывают аккумулирование энергии. Это в целом замедляет темпы внедрения таких устройств в энергосистемы.
Из трех основных трендов развития систем энергоснабжения именно декарбонизация является общим, хотя глубина его проникновения в планы развития систем энергоснабжения мегаполисов различна. Это зависит от многих факторов, в первую очередь таких, как:
- энергетическая политика на государственном уровне, которая в основном определяется принятыми в рамках Парижского соглашения национальными обязательствами по сокращению выбросов парниковых газов в атмосферу Земли (ОНУВ);
- наличие и доступность «безуглеродных» источников энергии – главным образом возобновляемых источников энергии (ВИЭ): гидроэнергия, энергия ветра, солнечная энергия, геотермальная энергия и некоторые другие виды первичной энергии; при этом важно учитывать не только наличие этих ресурсов, но и их среднегодовой коэффициент использования установленной мощности (КИУМ), зависящий от местного климата;
- наличие и доступность традиционных ископаемых видов энергетических ресурсов – их отсутствие либо труднодоступность является мощным дополнительным стимулом для развития «безуглеродной» энергетики и повышения энергетической эффективности действующих энергоустановок и сетей, а также для энергосбережения на стороне потребления энергии;
- уровень технологического развития страны, влияющий на возможности применения передовых разработок в областях генерации, транспорта, распределения и аккумулирования электроэнергии;
- развитость инфраструктуры мегаполисов и их систем энергоснабжения – в некоторых случаях для стабильной работы энергосистемы и системного оператора, даже при наличии доступных ВИЭ, требуется создание крупномасштабных систем аккумулирования энергии, что является дорогостоящим мероприятием и доступно не всем из выбранных мегаполисов.
Аккумуляторная батарея компании Enel X емкостью 100 МВтч в Нью-Йорке
Все эти факторы сильно различаются в выбранных мегаполисах. Безусловным лидером декарбонизации среди них является Лондон, поскольку Великобритания приняла максимально жесткие обязательства по выбросам СО2, которые зафиксированы на международном уровне в ОНУВ - на 68% ниже выбросов 1990 года к 2030 году и на 59% ниже выбросов 2010 года к 2030 году. Кроме того, страна обладает достаточным потенциалом для развития ветроэнергетики на шельфе Северного моря и высоким уровнем технологического развития. Наконец, по мнению авторов обзора, многие связанные с экономикой решения правительства Великобритании являются излишне политизированными, несмотря на отсутствие в них экономической целесообразности и учета реальных потребностей населения страны.
В качестве примеров другого отношения к процессу декарбонизации энергоснабжения можно привести Токио и Сеул.
Япония не обладает достаточными возобновляемыми энергоресурсами (ограниченность в площадях сельхозназначения, на которых можно было бы размещать ВЭС и СЭС; невысокий потенциал гидроэнергетики, который практически везде уже использован), поэтому не взяла на себя высокие международные обязательства по сокращению выбросов парниковых газов, хотя является технологически развитой страной.
Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) считает ОНУВ Японии недостаточным, что отнюдь не мешает стране идти своим путем развития собственного энергетического сектора. Главное направление энергетической политики Японии связано с совершенствованием угольных технологий электрогенерации совместно с использованием технологий улавливания и хранения углерода (CCUS), а также ТЭС, работающих на сжигании СПГ.
Вид сверху на ТЭС Кавасаки, Токио.
В состав ТЭС входят блоки 2 и 3 мощностью по 710 МВт каждый, которые являются эффективными и экономически превосходными установками, работающими на СПГ
Япония неплохо развивается и без ставки на ВИЭ
Суммарная доля таких ТЭС в энергобалансе страны продолжает оставаться на уровне 70%. Доля генерации ветроэнергетическими установками в энергетическом балансе Японии является несущественной (порядка 1-2%), хотя солнечные электростанции по установленной мощности составляют порядка 15% от всех генерирующих мощностей, в первую очередь за счет активной государственной поддержки проектов строительства крышных солнечных электростанций (СЭС) в крупных городах, включая Токио.
В Южной Корее единая государственная энергетическая компания KEPCO транспортирует, распределяет и продает электроэнергию потребителям. При этом все 100% акций 6 электрогенерирующих компаний также принадлежат KEPCO, и никакое внешнее «либер…е» давление не заставило корейцев раздробить свою энергосистему на «рыночную» и «регулируемую» составляющие, призванные якобы повысить эффективность ее работы, но на деле часто приводящие к предсказуемо негативным последствиям.
Принятые Кореей в своих ОНУВ целевые показатели по сокращению парниковых выбросов эксперты МГЭИК также считают крайне недостаточными. Доля ископаемого топлива в энергобалансе страны находится на уровне 50%, при этом вывод из эксплуатации нескольких блоков угольных станций в последние три года частично компенсировался строительством ТЭС, работающих на сжигании СПГ, а также некоторым увеличением электрогенерации на базе ВИЭ. В сумме использование ВИЭ в настоящий момент добавляет в энергобаланс страны порядка 7,5%, из которых девять десятых приходится на СЭС. Некоторое увеличение доли ВИЭ в энергобалансе явилось, скорее всего, не следствием принятых международных обязательств по изменению климата, а было вызвано соображениями экономической целесообразности.
В последнее время при уровне развития технологий использования солнечной энергии и связанным с этим резким снижением себестоимости выработки электроэнергии на СЭС, особенно для геополитически изолированной энергосистемы, которая не может экспортировать и импортировать энергию в соседние страны и из них, использование собственного потенциала солнечной энергетики становится экономически эффективным.
Следует отметить, что недавние изменения внешнеэкономических приоритетов европейских стран («Назло маме отморожу себе уши!») не могло не сказаться на изменении стратегий их энергоснабжающих компаний, которые в настоящий момент вынуждены были заниматься диверсификацией первичных источников энергии для производства электрической и тепловой энергии. Ярким примером такой смены приоритетов является ввод в эксплуатацию угольных ТЭС, которые были ранее выведены из эксплуатации в целях выполнения обязательств по климату, принятых в рамках Парижского Соглашения. Другим примером является резкое увеличение потребления в энергетических целях сжиженного природного газа (СПГ), поставляемого на европейские терминалы главным образом из Австралии и США, в целях замещения поставок российского ископаемого природного газа после относительно недавней диверсии на газопроводе «Северный поток – 2».
Цифровизацию тоже можно отнести к единому тренду развития электроснабжения всех выбранных мегаполисов, хотя отмечается очень большая разница в степени глубины ее проникновения в существующие энергосистемы. С этой точки зрения энергосистемы Токио и, например, Дели несопоставимы. Тем не менее, цифровизация в любом ее представлении является перспективным трендом развития энергоснабжения, который безо всяких оговорок, каковые были сделаны в отношении первых двух трендов, можно рекомендовать в качестве перспективной политики развития любых систем энергоснабжения.
Децентрализация открывает дополнительные возможности для использования возобновляемых источников энергии, однако не всегда подходит для обеспечения надежного электроснабжения энергоемких потребителей, включая крупные мегаполисы. Данный тренд является перспективным для населенных пунктов, не имеющих доступа к централизованным сетям энергоснабжения. В случае крупных мегаполисов он может иметь смысл при развитии систем электроснабжения отдаленных районов, если проведенные экономические расчеты покажут, что дешевле будет построить свои локальные источники энергии, чем провести «ответвление» от централизованных сетей энергоснабжения. Как правило, это может иметь смысл только при наличии высокого потенциала, связанного с использованием ВИЭ, включая высокий ожидаемый коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) таких установок.
Наконец, еще одним обстоятельством, которое оказывает сильное влияние на развитие систем энергоснабжения выбранных мегаполисов, является степень «либерализации» электроэнергетических секторов стран, где эти мегаполисы расположены. В первую очередь это касается создания «рыночного» сегмента системы энергоснабжения в целях обеспечения конкуренции различных производителей электроэнергии (электрогенерирующих компаний) и сбытовых компаний, занимающихся поставками электроэнергии ее конечным потребителям.
С точки зрения авторов обзора эта «либерализации энергоснабжения» скорее вредна, чем полезна, поскольку создает возможности проникновения частных интересов посторонних лиц - зачастую нерезидентов не только мегаполисов, но и стран, в которых эти мегаполисы находятся, в работу системообразующего топливно-энергетического комплекса. При этом данные частные интересы обычно направлены не только, и не столько на повышение надежности работы энергосистемы и удовлетворение нужд потребителей, сколько на получение как можно более высокой прибыли для себя, пусть даже и за счет повышения степени деградации генерирующих мощностей.
Существует множество примеров отрицательных последствий внедрения реформ по «либерализации энергоснабжения» даже в европейских странах. Таким примером может служить Дания, в которой внедрение «рыночных механизмов» в сферы генерации и сбыта электроэнергии под давлением Еврокомиссии в конце прошлого столетия привело к скачкообразному росту тарифов на электроэнергию для всех групп потребителей. В конце концов, правительство приняло ряд мер по постепенному выдавливанию новых иностранных владельцев датских генерирующих мощностей, вернув их под фактическое управление государственной нефтегазовой корпорации. Подобная злополучная реформа, как известно, произошла в свое время и в России, но, к счастью для всех нас, российский ТЭК, и, в первую очередь, люди, обеспечивающие его функционирование, смогли устоять под мощным давлением «либеральных» советников и «эффективных» менеджеров и не дать им полностью развалить энергетику страны.
Некоторые крупные мегаполисы мира, такие, как, например, Стамбул, в последние года или даже десятилетия шли на поводу данного тренда, заданного «либеральными» странами в рамках их глобальной политики всеобщей либерализации энергетических секторов стран мира. Очевидно, что Турция следовала подобным рекомендациям, исходящим из руководящих органов ЕС, во многом для того, чтобы выполнить очередное условие для вхождения в Евросоюз.
Ниже в таблице приведена наша попытка сведения результатов анализа доступной информации о состоянии и тенденциях развития электроснабжения 10-ти столичных мегаполисов мира в контексте соответствия современным мировым тенденциям, описанным выше.
Зеленой заливкой помечены ячейки, где текущая ситуация или тенденция развития оценивается авторами обзора как положительный фактор. Бежевой заливкой помечены ячейки, где текущая ситуация или тенденция развития оценивается авторами обзора как отрицательный фактор. Желтой заливкой помечены ячейки, где текущая ситуация или тенденция развития оценивается авторами обзора как нейтральная.
Сравнение состояния и тенденций развития электроснабжения 10-ти мегаполисов мира
*на среднесрочную перспективу с начавшимся выводом угольных ТЭС из эксплуатации (либо при отсутствии действующих угольных ТЭС)
** на среднесрочную перспективу с начавшимся выводом газовых (включая СПГ) ТЭС из эксплуатации
Комментарии к таблице 2
В отношении электрогенерации при использовании тех или иных видов энергоресурсов и планов по отказу от них или планов их дальнейшего наращивания на среднесрочную перспективу (ближайшие 10-15 лет) положительным или отрицательным фактором считалась их степень влияния как на парниковый эффект в глобальном масштабе, так и на загрязнение атмосферы в мегаполисе. С этой точки зрения отрицательным фактором является наличие угольных ТЭС в системе энергоснабжения мегаполиса, а положительным фактором ближайшие планы по их выводу из эксплуатации или переводу на более чистые виды топлива, включая биомассу и природный газ.
При этом наличие ТЭС на природном газе или СПГ не относится ни к положительным, ни к отрицательным факторам. С одной стороны, многие из них пришли на смену угольным станциям и могут на ближайшую перспективу рассматриваться как относительно чистые источники генерации электроэнергии. Но строительство новых газовых ТЭС с точки зрения декарбонизации не может рассматриваться как положительная тенденция, также как и отказ от вывода их из эксплуатации на среднесрочную перспективу, поскольку в глобальном масштабе при отсутствии технологий улавливания и хранения СО2 они являются эмитентами парниковых газов.
Наличие АЭС и планов по их строительству рассматриваются как положительные факторы с точки зрения замещения технологий сжигания ископаемых топлив, загрязняющих атмосферу. То же относится к системам улавливания и хранения СО2, а также к строительству систем и установок аккумулирования энергии различного типа, поскольку последние помогают сглаживать дисбаланс между экологически чистой генерацией и потреблением электроэнергии как в моменты провала ее выработки солнечными и ветровыми электростанциями из-за непредсказуемого изменения погоды (силы ветра, инсоляции), так и в часы максимума суточной нагрузки. Такое сглаживание позволяет оператору энергосистемы не подключать к генерации старые неэффективные тепловые станции, чаще всего работающие на сжигании ископаемых топлив.
С учетом быстро меняющейся политической и экономической ситуации, влекущей за собой смену приоритетов энергетической политики и перспектив развития систем энергоснабжения в ряде стран мира, автор не претендует на абсолютную справедливость всех сделанных в статье выводов и будет признателен читателям за их критические замечания и дополнения.
Фото на обложке: Unsplash / Max Zhiltsov
