Зеленое будущее украинской энергетики
Почему энергетика не имеет другого пути развития, кроме «зеленого».
П о данным Океанографического института Скриппса, исследования которого поддерживает Министерство энергетики США, в этом году среднегодовая концентрация углекислого газа в атмосфере впервые в истории человечества достигла максимального уровня — 416,08 ppm. (частей на миллион).
При этом только за последние 70 лет количество СО2 в атмосфере увеличилось вдвое. Исследователи связывают такой эффект прежде всего с использованием ископаемого топлива. А наиболее вредной в этой цепочке является генерация электроэнергии, спрос на которую в мире стабильно растет. 67% выбросов парниковых газов происходит в процессе генерации электроэнергии из ископаемого топлива.
Выходом из ситуации является развитие «зеленой» энергетики, которая не создает вредных выбросов. К тому же, в последние годы «зеленая» энергия стала экономически выгоднее угольной генерации из-за удешевления оборудования и развития технологий.
В странах ЕС к 2050 году планируют полностью отказаться от ископаемого топлива менее, чем за 30 лет. И такие амбициозные цели вполне достижимыми для части стран даже в перспективе ближайших 15 лет, при условии совершенствования систем хранения энергии.
Как Европа отказывается от угля
И спользование угля вредно не только тем, что это загрязняет воздух. В процессе его добычи разрушаются водоносные горизонты, загрязняются земельные и водные ресурсы, происходят оползни и обвалы горных массивов и очистных выработок. Во вредном для здоровья производстве задействованы тысячи людей.
В конце концов, новые технологии постепенно вытесняют топливо ХХ века, делая его экономически невыгодным. В 2018 году, по результатам исследования британского аналитического центра Carbon Tracker, Украина возглавила список стран с наиболее неэффективной и дорогой тепловой генерацией в мире.
Зато в развитых странах отказываются от угля. В середине апреля этого года в Стокгольме закрыли последнюю ТЭЦ, работавшую на каменном угле. Сделали это на два года раньше, чем планировалось. В общем Швеция планирует полностью отказаться от использования ископаемого топлива (в том числе нефти и газа) во всех секторах к 2040 году, а еще через 5 лет — стать климатически нейтральной. В этом контексте стоит добавить, что показателя в 50% генерации из возобновляемых источников Швеция достигла еще в 2014 году.
И такой подход не только у скандинавов, которые всегда экономно относились к природным ресурсам. В этом году, в апреле, подобный исторический шаг сделала Австрия. К 2030 году страна обязалась полностью перейти на электроэнергию, производимую на основе возобновляемых источников, а к 2040 году страна планирует стать климатически нейтральной.
Справедливости ради стоит заметить, что сейчас в Австрии около 75% электроэнергии производится на основе ВИЭ, из которых более 60% составляет гидроэнергетика. Управляемость и быстрая маневренность гидроэнергетики позволяет стране не беспокоиться о проблемах с хранением энергии и балансировкой, в отличие от стран, где среди ВИЭ преобладает солнечная или ветровая генерация.
Страны ЕС являются наиболее последовательными в стремлении уменьшить выбросы СО2. В 2015 году в Париже было заключено «зеленое соглашение» или Парижское климатическое соглашение. Страны, подписавшие его, обязались к 2050 году стать климатически нейтральными — отказаться от ископаемого топлива и перейти на возобновляемые источники энергии.
Ряд стран планирует сделать это значительно раньше. Великобритания — до 2025 года, Франция — до 2022, Греция — до 2028, Венгрия — до 2030 года и др.
В контексте энергетического перехода среди стран Европы для Украины может быть интересен опыт Германии. Экономика страны долгое время была сильно зависимой от угля и природного газа. Там подобная программа увеличения роли ВИЭ (Energiewende) стартовала еще в 2002 году.
А уже в первом квартале 2020, по данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), 51% электроэнергии в этой стране был сгенерирован с помощью ВИЭ. Только за последний год производство «зеленой» электроэнергии выросло почти на 15%. Наибольшую ставку Германия делает на ветроэнергетику, доля которой за год выросла на 21,4%.
При этом доля электроэнергии, генерируемой из угля, сократилась на треть в течение года. Планы настолько амбициозны, что Германия, которая имеет одни из наибольших запасов бурого угля в мире и последние 200 лет развивалась именно благодаря этому ресурсу, в 2018 году закрыла последнюю шахту. Для того, чтобы снять социальную напряженность и обеспечить работой десятки тысяч людей в трех основных буроугольных бассейнах, правительство выделило 40 млрд евро.
Несмотря на то, что собственную добычу угля Германия не развивает, полностью отказаться от его потребления в стране планируют до 2038 года. А шахты закрыли скорее из-за нерентабельности.
Германия также задекларировала намерение постепенно отказаться от ядерной энергетики. Только в первом квартале 2020 ее доля в электроэнергетике государства снизилась почти на 17%. Полностью отказаться от атомной энергетики Германия планирует в 2022 году.
Зеленый сценарий европейской энергетики
В апреле этого года Европейская ассоциация солнечной энергетики SolarPower Europe совместно с финским технологическим университетом Лаппеенранта (LUT) представили масштабное исследование, в котором подробно смоделировали энергосистему Евросоюза на 100% возобновляемых источниках энергии.
В исследовании сравниваются три возможных сценария развития энергетического сектора стран Европы к 2050 году: медленный (Laggard-Szenario), умеренный (Moderate Szenario) и сценарий лидерства (Leadership-Szenario).
По наименее оптимистическому сценарию, доля возобновляемых источников энергии в 2050 году составит 62%. Два других предусматривают 100% ВИЭ, причем по сценарию лидерства цель будет достигнута уже в 2040 году.
Авторы исследования во всех трех сценариях отводят ключевую роль в «зеленой» генерации будущего солнечным электростанциям. Они будут генерировать более 60% европейской электроэнергии к 2050 году.
«Солнечная генерация будет составлять в среднем 61% по умеренному сценарию и 63% по сценарию лидерства. Энергия ветра — в среднем 33% как в умеренном, так и в лидерском сценариях. В обоих сценариях солнечная электроэнергия и энергия ветра к 2050 году будут производить более 90% электроэнергии, необходимой по всей Европе», — отмечается в исследовании.
Андрей Гаранин
Генеральный директор Scatec Solar Украина Андрей Гаранин объясняет, что солнечная энергетика будет иметь значительно большую долю, чем ветровая, по нескольким причинам.
Кроме того, порог доступа в солнечную энергетику довольно низкий. А учитывая высокую конкуренцию и большое количество участников в сфере, солнечные технологии будут продолжать дешеветь и становиться еще более доступными для всех.
Где в европейской стратегии Украина
В умеренном сценарии развития европейского энергетического рынка Украина занимает четвертое место по количеству сгенерированной энергии из возобновляемых источников, после Турции, Испании и Франции. Причем, основная доля приходится на солнечные электростанции.
По прогнозам экспертов, годовая выработка солнечной генерации в 2050 году в Украине будет составлять более 1 тыс. ТВт*ч. Именно этот сценарий развития ученые считают наиболее целесообразным с экономической точки зрения.
В лидерском сценарии Украина входит в десятку стран по объемам годовой генерации из ВИЭ. По этому сценарию, эксперты прогнозируют, что в 2050 году в Украине будет генерироваться вдвое меньше электроэнергии из солнечных электростанций — более 500 ТВт*ч.
Отметим, что в 2019 году общая генерация в Украине на всех типах электростанций составила 153 ТВт*ч. А доля энергии из возобновляемых источников — почти 8% в общей генерации. Учитывая то, что в 2016 году этот показатель колебался на уровне 1%, прогресс очень значителен. При этом наибольшую динамику роста показывает солнечная генерация.
В январе этого года Кабмин презентовал новый проект Концепции «зеленого» энергетического перехода Украины к 2050 году. В ней, в частности, речь идет об увеличении доли генерации из возобновляемых источников до 70% к 2050 году и установлении сбалансированной и экономически обоснованной стоимости такой энергии. Важным пунктом в этой концепции является полное замещение угольных электростанций к 2050 году и сокращение доли атомной генерации до уровня 20−25% (сейчас — более 50%).
«Гидроэнергетика останется на текущем уровне, а новые атомные мощности могут строиться на основе технологии малых ядерных реакторов», — отмечается в документе. То есть, основная роль в концепции будущей энергосистемы Украины отводится солнцу и ветру.
Сейчас рынок солнечной энергетики в Украине переживает «облачную погоду». Из-за неудачного запуска нового рынка электроэнергетики и стремительного развития ВИЭ в Украине, на рынке сложилась ситуация, когда государство, которое взяло обязательства покупать «зеленую» энергию у производителей, задолжало им уже более 14 млрд грн.
Проблемы с долгами начались с началом в июле 2019 года нового рынка электроэнергии, из-за которого все тарифы формировались по-новому. В частности, НКРЭКУ получило возможность определять стоимость тарифа, за счет которого покрывалась оплата зеленой генерации (тариф «Укрэнерго»), и не всегда этот тариф отвечал реальному развитию событий. Например, заложив в декабре 2019 года тариф «Укрэнерго» в два раза ниже, чем нужно, очень легко создать кризис неплатежей для зеленой генерации.
С подобными проблемами в свое время уже сталкивались развитые страны Европы. Еще до кризиса 2008 года подобная ситуация была в Испании. Государство установило тариф на «зеленую» энергию на уровне почти 50 евроцентов за кВт (в Украине в 2012 году — 48 евроцентов/кВт). Из-за бума инвесторов Испания уже через несколько лет не смогла выполнять свои обязательства, задолжав несколько миллиардов евро. В 2010—2011 гг. правительству страны приходилось субсидировать почти 6 млрд евро в год и доля «зеленых» быстро росла.
Поэтому испанское правительство пошло на радикальный шаг — снизило гарантированные государством тарифы в 6 раз, примерно до 8−8,8 евроцента. Ожидаемо, часть крупных инвесторов пошла в суды. В результате правительство выплатило им почти 0,8 млрд евро компенсаций.
Ситуация на нашем энергорынке очень похожа на испанскую. Несмотря на то, что тариф по сравнению с 2012 годом снизился до 15 евроцентов в 2019 году и 11 в 2020, для государства такая сумма гарантированных выплат инвесторам оказалась слишком велика.
Недавно украинское правительство утвердило меморандум с инвесторами «зеленой» энергетики. Он предусматривает сокращение «зеленого» тарифа для солнечных электростанций на 15%, для ветроэлектростанций — на 7,5% и прекращение «зеленого» тарифа для новых солнечных электростанций. Решение правительства ретроспективно снизить «зеленый» тариф грозит Украине судебными исками в международных арбитражах и эти расходы лягут на бюджет.
Александра Гуменюк
Как отмечает директор Европейско-украинского энергетического агентства Александра Гуменюк, во многих международных финансовых институтах изменение законодательства, которое напрямую влияет на инвестиционный проект, является поводом для признания проекта дефолтом и начала преждевременной процедуры возврата средств от заемщика. Кроме этого, частая смена законов создает атмосферу недоверия инвесторов, которые только находятся на стадии подготовки проекта, и соответственно отдают преимущество другим странам.
С другой стороны, по словам и.о. министра энергетики Украины Ольги Буславец, снижение тарифов позволит уменьшить нагрузку на бюджет на 7 млрд грн ежегодно. В дальнейшем планируется введение аукционов на продажу электроэнергии и усиление ответственности за небалансы. Такое решение, конечно, уменьшает привлекательность солнечной энергетики с точки зрения привлечения инвестиций, но не означает, что в дальнейшем она не будет развиваться.
«Зеленая» энергетика (без учета ГЭС) дает Испании около четверти всего объема электроэнергии.
Хранение энергии
Как ни парадоксально, вместе с увеличением доли энергии из ВИЭ в Украине увеличивается и доля энергии из ТЭС. Происходит это потому, что в период утренних и вечерних пиков потребления (как раз тогда, когда ВИЭ генерирует наименьшее количество энергии) нужно балансировать энергосистему.
Кроме того солнечная и ветровая энергетика является нестабильной и непрогнозируемой, солнце и ветер включить на заказ нельзя. Ученые даже придумали для периода, когда нет достаточно солнца и ветра специальный термин «темный ветер». А когда это совпадает со временем наивысшей потребности в электроэнергии — «холодный темный ветер».
Одними из самых маневренных мощностей (быстрее можно запустить) являются гидроэлектростанции. Но их доля в общей генерации незначительна, поэтому основную часть энергии компенсируют за счет тепловых электростанций, сжигая уголь. Проблему можно было бы решить путем построения аккумулирующих мощностей (еnergy storage), но таких, за исключением незначительной доли ГЭС и ГАЭС, в Украине нет.
Поэтому дальнейшее развитие «зеленой» энергетики, в частности, солнечной и ветровой, ставит ряд вызовов, главный из которых — как эффективно хранить «чистую» электроэнергию. Конечно, можно было бы построить огромные литий-ионные батареи, как сделала компания Илона Маска по заказу правительства Австралии в 2017 году. Но такие проекты имеют немало недостатков.
Во-первых, стоимость батареи. Именно из-за литий-ионных батарей стоимость электромобилей значительно выше, чем автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Батареи для массового хранения энергии в тысячи раз мощнее и, соответственно, дороже. Промышленный аккумулятор в Австралии с установленной мощностью 100 МВт стоил Правительству около 50 млн долларов.
Со временем емкость батареи уменьшится до критического уровня из-за ограниченного количества циклов зарядки-разрядки и встанет проблема его утилизации. К тому же, такая батарея способна обеспечивать энергией 30 тыс. жителей всего в течение часа. Учитывая стоимость проекта, это выглядит не так уж и выгодно для массового использования.
При всех недостатках, батарея имеет ряд преимуществ — КПД литий-ионных батарей при нормальной температуре воздуха является самым высоким среди всех источников хранения энергии и может достигать 90%. Также существенным преимуществом является мгновенное включение в работу.
Пока одни ученые работают над созданием более совершенной и дешевой батареи, другие предлагают альтернативные варианты. Так, популярные гравитационные системы, использующие избыточную энергию, чтобы поднять груз на определенную высоту, а во время его опускания снова генерируют энергию.
Различные компании представили несколько вариантов гравитационных систем, среди которых вагоны с грузом, спускающиеся с горки, башня из бетонных блоков и кран, управляемый компьютером, шахта, в которую опускается и поднимается груз. Эффективность таких систем — около 80%. Также преимуществом является сравнительная дешевизна конструкции.
Другой способ, который активно обсуждается в ЕС — преобразование энергии в водород путем электролиза. Этот газ можно использовать для отопления, заправки автомобилей, а также накапливать и при необходимости снова генерировать из него электроэнергию. Водород можно превращать в метан, который легче хранить и транспортировать.
КПД всего процесса 50−70%. Это относительно немного, но учитывая большие объемы избыточной генерации «зеленой» энергии морскими ветропарками и полную экологичность процесса, на такую технологию в Европе уже делают ставки. Серьезное развитие в этом секторе, как отмечается в упомянутом выше исследовании от IRENA, начнется только после 2030 года.
Перспективным является это направление и для Украины. Географическое положение Украины и большие территории позволяют использовать избыточные мощности СЭС для генерации водорода. А газотранспортная система после модернизации позволит экспортировать его в Европу.
Более традиционный вариант хранения энергии — гидроаккумулирующие станции (ГАЭС). Это единственный промышленный способ хранения энергии, который используется в Украине. Эффективность невысока, особенно, если учитывать, что все системы были построены еще в советское время. Более того, такие системы, в основном, негативно влияют на экологию, ведь для их создания приходится затапливать часть территории.
Юрий Кубрушко
В любом случае, для полноценного развития ВИЭ нужно параллельно строить мощности для накопления энергии или развивать экологическую маневренную генерацию.
Другой выход — построение газовых электростанций для балансировки системы во время пиковых нагрузок.
Игорь Тынный
Миф о том, что «зеленая» энергетика — это дорого
Еще 10 лет назад солнечные и ветровые электростанции были очень дорогими и не могли конкурировать с традиционными источниками энергии. Но это время прошло. Как отмечается в нынешнем отчете Международного агентства по возобновляемой энергетике (IRENA) использование возобновляемых источников энергии становится более дешевым по сравнению с электростанциями, работающими на ископаемом топливе.
«В целом, стоимость электроэнергии, производимой за счет гелиоконцентратора, снизились на 47%, солнечных фотоэлектрических установок — на 82%, наземных ветровых установок — на 32%, а оффшорных ветровых установок — на 29%», — говорится в отчете организации.
Усредненная себестоимость электроэнергии (LCOE), сгенерированной солнечными фотоэлектрическими станциями по миру в 2010 году составляла 0,378 долл./КВт*ч. По итогам 2019 она упала до 0,068 долл./КВт*ч.
Такое резкое падение цены на электроэнергию из возобновляемых источников связано прежде всего с совершенствованием технологий и общим ростом количества объектов «зеленой» генерации, что стимулирует повышение предложения на рынке.
То есть строить солнечные и ветровые электростанции стало экономически выгоднее, чем угольные электростанции, которые, к тому же, загрязняют воздух.
«Замещение существующих 500 ГВт угольных электростанций мощностями солнечной и наземной ветровой энергий приведет к ежегодному сокращению расходов энергосистемы от 12 до 23 млрд долларов США, в зависимости от рыночных цен на уголь», — подчеркивают авторы исследования.
И этот рыночный механизм уже запущен и может работать без государственных дотаций. Глобальная совокупная установленная мощность всех солнечных электростанций в мире выросла с 40 до 580 ГВт.
По результатам исследования другой авторитетной организации BloombergNEF (BNEF) за последний год усредненная себестоимость электроэнергии (LCOE) для ветроэнергетических и промышленных фотоэлектрических систем упала на 9% и 4%. Сейчас она составляет 44 доллара США и 50 долларов США за МВт*ч соответственно.
Авторы исследования также отмечают, что за последние четыре года уменьшилась стоимость оборудования для материковых ветроэлектростанций. Это связано прежде всего с увеличением размера турбин, который сейчас составляет в среднем 4,1 МВт.
В последних проектах стоимость турбин составляла в среднем 0,7 млн долларов за МВт. А себестоимость энергии (LCOE) таких проектов по данным BNEF достигает 24 долл./МВт*ч, что является самым низким уровнем в мире.
Как отмечается в упомянутом выше отчете Carbon Tracker, стоимость электроэнергии, генерируемой угольными электростанциями, составляет в среднем 50−60 долларов за МВт*ч.
В Украине из-за ряда причин такая электроэнергия стоит еще дороже. В 2018 году по данным Carbon Tracker средний тариф для украинских ТЭС за МВт*ч составлял 70 долларов. По данным «Укрэнерго» в начале 2019 года стоимость электроэнергии с угольных ТЭС выросла до более 80 долларов. При этом ее доля в общей генерации колеблется на грани 30%, что является еще одной причиной для того, чтобы отказаться от сжигания угля.
Другим весомым аргументом для развития возобновляемых источников энергии является ее экологичность. Как отмечается в отчете Европейской комиссии, по итогам 2019 года Украина заняла второе место по уровню экспорта органической агропродукции в страны ЕС после Китая.
Адриен Фуше
По словам исполнительного директора Eurocape в Украине Адриена Фуше, развитие ВИЭ имеет ряд социальных и политических преимуществ. Главные из них — привлечение прямых иностранных инвестиций и энергетическая независимость страны.
Соглашается с ним и соучредитель Украинской ассоциации возобновляемой энергетики Игорь Тынный. Он отмечает, что зеленая энергетика позволит Украине стать энергетически независимой, ведь для ветра и солнца не нужно импортировать топливо из зарубежа.
«Украина является тотально зависимой от импорта всех видов топлива. В атомной энергетике мы 100% топлива покупаем за границей — у российской „ТВЭЛ“ или американо-шведской Westinghouse Electric. В угольной генерации мы также зависимы от Донбасса, зависимы от России или Европы в импорте газа и нефтепродуктов. Во всех видах энергоносителей мы являемся импортерами», — подчеркивает Тынный.
Адриен Фуше, также обращает внимание на то, что увеличение ВИЭ приводит к снижению стоимости энергии и созданию новых рабочих мест. Он приводит пример Польши, где благодаря доступу к дешевому международному финансированию и стабильному рынку электроэнергии цены на аукционах становятся ниже рыночных.
Похожая ситуация произошла и в Швеции и Германии, когда из-за участия и конкуренции «зеленой» генерации рыночные цены упали. Поэтому, если целью является именно снижение цен для потребителей, то главной целью должно быть именно внедрение действенных рыночных механизмов, а не просто ретроспективное снижение зеленых тарифов, суммарно имеющее больше негативных последствий.
Еще одним аргументом для развития возобновляемых источников является изношенность энергетической инфраструктуры. Как подчеркивает гендиректор Scatec Solar Украина Андрей Гаранин, в Украине почти 90% было построено еще в советское время. Например, 12 из 15 атомных реакторов уже работают сверх проектного срока эксплуатации.
«Наверное, запаса прочности хватит еще на несколько лет, но скоро в определенный момент государство должно решить, каким образом модернизировать систему. И это уже будет вопрос важный для жизни, потому что мы знаем последствия атомных или угольных станций. И когда государство будет принимать такое решение, оно должно принять во внимание два критерия: экономичность и экологичность», — отмечает Гаранин.
Строительство новых атомных или угольных станций стоит гораздо дороже новой зеленой генерации, поэтому лучшей альтернативой с точки зрения экономичности и экологичности является зеленая энергетика.
