Информационный партнер Комитета
по экологии и охране окружающей
среды Ассоциации менеджеров
Нам уже год! 
27 Июня 2017

Гибридная энергетика

Эффективный способ перехода от традиционной энергосистемы к энергобалансу с высокой долей ВИЭ – промышленные гибридные системы генерации, основанные на использовании преимуществ традиционных и альтернативных источников энергии. Так считает эксперт и разработчик подобных систем Артур Алибеков.
Поделиться в социальных сетях
Развитие возобновляемых источников энергии (ВИЭ) рассматривается в мире в качестве главного средства для перехода к глобальному устойчивому развитию и снижению рисков, связанных с изменениями климата. Однако переход от традиционных способов получения энергии к альтернативным предполагает существенные изменения в мировой экономике, пока что основанной на углеводородах, что может обернуться потерей большого числа рабочих мест, социальными взрывами и экономическими кризисами. Тем не менее, конец эпохи углеводородов становится все отчетливее. Об этом говорят хотя бы цифры мировых темпов роста ветровой энергетики в 6%, солнечной в 11%, а нефтяного сектора – всего в 0,5% в год.

Известно, что выработка на солнечных и ветровых станциях зависит от внешних метеоусловий и не отличается стабильностью. Данные типы генерации являются маломаневренными, что обуславливает необходимость создания или наличия в резерве маневренных мощностей – они нужны для сглаживания графика нагрузок. Увеличение доли ВИЭ в энергобалансе приводит к повышению степени неопределенности любой энергосистемы, порождает проблему надежности и стабильности, снижает возможности маневрирования в зависимости от спроса и провоцирует риски аварий. Кроме того, остро встают и проблемы вывода из эксплуатации устаревающих мощностей традиционной генерации.

Нельзя резко поменять сложившуюся структуру ТЭК. Такую трансформацию необходимо осуществлять плавно, путем эволюции. Особенно в России – у нас и так все иначе, о чем свидетельствует и Генеральная схема размещения объектов электроэнергетики до 2035 года, недавно утвержденная правительством РФ. Но этот документ - не истина в последней инстанции и не последняя редакция. Россия еще может стать страной, которая одной из первых осуществит переход к новой энергетической парадигме. И этот переход - плавная трансформация энергосистемы, основанная на концепции промышленной гибридизации ВИЭ и традиционных источников генерации.

Новый путь – плавная трансформация энергосистемы, основанная на концепции промышленной гибридизации ВИЭ и традиционных источников генерации

Что такое промышленная гибридная генерация? 


Это объекты традиционной генерации, которые помимо выполнения своей роли в настоящем времени интегрируются с ВИЭ, устанавливаемыми в непосредственной близости от них. Такой путь призван снизить сложности интеграции ВИЭ в энергосистемы и придать дополнительный импульс ее развитию путем снижения капитальных затрат на строительство (CAPEX) и операционных затрат на эксплуатацию (OPEX). Промышленная гибридная генерация основана на гармонизации преимуществ традиционной генерации и ВИЭ для получения синнергетического эффекта.

Яркий пример - гибридизация солнечной и гидрогенерации. Почему именно эти два типа хорошо подходят для иллюстрации? Потому что солнечная генерация является модульной, благодаря чему подбор мест для установки ее элементов может быть весьма гибким (ветропотенциал обычно распределен более неравномерно). Солнечная энергетика развивается достаточно динамично с устойчивой тенденцией снижения удельных вложений в создаваемые мощности. В России много районов, где среднегодовая удельная энергия солнечной радиации составляет 4-5 кВт*часов на кв. метр в сутки. Этот показатель соизмерим с показателем юга Германии и севера Испании, которые являются лидерами по внедрению солнца. Гидроэнергетика при этом способна сгладить неравномерность выработки солнечной генерации, что обеспечивает стабильное энергоснабжение для потребителей.

Для инсталляции солнечных модулей на объекте гидроэнергетики необходимы свободные территории для размещения, в качестве которых отлично подходят низовые откосы гравитационных плотин. Традиционно плотины рассматриваются и используются только как гидротехнические сооружения, перегораживающие водоток для образования водохранилища, создания напора для выработки электроэнергии и иногда для создания транспортных коридоров водного, автодорожного и даже железнодорожного транспорта. Но на самом деле, данные сооружения можно использовать и для выработки электроэнергии станцией другого типа. Тем более что низовые откосы – это обычно открытые незатененные площадки, расположенные в непосредственной близости к уже построенной энергетической и транспортной инфраструктуре.

Но в случае с ГЭС можно рассматривать не только плотины, но и свободные площади пристанционных участков, кровли административных зданий и береговых откосов. Все это также может быть использовано для инсталляции солнечных модулей. Кроме того, не следует исключать и возможности водохранилищ для инсталляции солнечной генерации наплавного типа. В некоторых случаях это может быть даже более выгодно с технологической точки зрения. При этом за счет наплавных объектов генерации может быть обеспечена дополнительная выработка и мощность, необходимая для выхода на оптовые рынки электроэнергии.

Пример подхода к внедрению солнечной генерации на ГЭС

Распределение потенциала солнечной генерации в России


При создании СЭС в «чистом поле» приходится решать целый ряд вопросов, влияющих в итоге на стоимость инвестиционного проекта: 
  • поиск площадки для размещения станции, в том числе решение вопросов перевода участков в категорию промышленных земель, аренда или выкуп территории;
  • возможность выдачи мощности, наличие линий электропередач и потребителей;
  • квалифицированные кадры для эксплуатации СЭС;
  • создание резервной мощности;
  • транспортная инфраструктура, возможности подъезда к объекту;
  • необходимость ограждения территории, установки систем охраны и видеонаблюдения;
  • создание систем мониторинга, удаленного доступа, потребность в сети Интернет;
  • строительно-монтажные работы;
  • доставка материалов и т.п.
Гибридизация ВИЭ с традиционными источниками энергии позволяет снизить большинство этих затрат, а некоторые – вообще свести к нулю за счет использования существующей инфраструктуры. На ГЭС как правило уже решен ряд вопросов: 
  • на низовых откосах плотин и пристанционных площадках имеются свободные площади, расположенные благоприятно для солнечных лучей (в большинстве случаев требуется установка солнечных модулей с наклоном к уровню земли);
  • есть инфраструктура для выдачи мощности: ЛЭП, распределительные устройства;
  • создана транспортная инфраструктура, обеспечивающая возможность подъезда транспорта, строительной техники, доставки оборудования;
  • работает квалифицированный персонал, обеспеченный социальной инфраструктурой;
  • есть огражденная территория, оборудованная системами безопасности, видеонаблюдения, мониторинга, дистанционного доступа т.д.
Обилие расходов при реализации проектов СЭС в «чистом поле» является большой проблемой, сдерживающей широкую реализацию проектов ВИЭ. Данные затраты могут составлять до 30% от стоимости объекта возобновляемой генерации. Решение каждого из перечисленных выше вопросов – это время и деньги. Согласно открытой информации ГК «Хевел», лидера рынка солнечной энергетики в России, средняя величина вложений в один киловатт установленной мощности СЭС на новых площадках составляет около 120 тыс. рублей. Неудивительно, что солнечные станции в зоне ОРЭМ (в изолированных районах – подходы другие) у нас строятся только за счет массивной господдержки, осуществляемой при помощи механизма, схожего с ДПМ (обеспечение нормы доходности объектов ВИЭ в размере 14% и гарантированныйсрококупаемости в 15 лет).

Использование существующих возможностей гидроэнергетического объекта для размещения СЭС очевидно способствует снижению удельных вложений в 1 кВт установленной мощности и себестоимости выработки электроэнергии. Усредненная площадь низового откоса средней по размерам грунтовой плотины – 30 тыс. кв. метров. Минимальная полезная площадь, на которой можно устанавливать солнечные модули на таком откосе, будет примерно равна 18 тыс. кв. метров. При площади одного солнечного модуля в 2 кв.метра и его мощности в 300 Вт возможна установка около 9 тыс. панелей. Это равноценно примерно 2,5 МВт установленной мощности. Если же смотреть по максимуму, то на плотинах в России можно размещать по 5-10 МВт солнечной генерации.

При этом стоимость вложений в 1 кВт установленной мощности для комплекта оборудования и с учетом имеющейся инфраструктуры ГЭС будет колебаться в диапазоне 83-85 тыс. рублей, с перспективой снижения. Для сравнения: на ГЭС этот показатель близок к 100 тыс. рублей, а на объектах солнечной генерации, как уже было сказано, к 120 тыс. рублей. Но помимо снижения CAPEX, напомним, также снижается и OPEX, так как на ГЭС уже работает оперативный персонал, который способен обслуживать и мощности солнечной генерации.

Инсталляция солнечной генерации на плотине Котани

Футуризм или реальность?

 

Тут стоит сразу подчеркнуть: такие проекты не являются футуристическими или новаторскими и уже реализуются за рубежом. Больше всего известны проекты инсталляции солнечных модулей на низовых откосах плотин в Японии, например, на плотинах Котани (5 МВт) и Гонген (1,76 МВт). А самая крупная СЭС (850 МВт) в мире построена в Китае и является ярким примером гибридной гидро-солнечной генерации, объединенной с расположенной в непосредственной близости к ГЭС Longyangxia (1280 МВт) и гармонизированная с ее работой.

Технические решения по креплению опор солнечных модулей на низовых откосах плотин, использованные в Японии могут быть применены в России, исходя из индивидуальных особенностей каждой плотины. Многие гидрогенерирующие компании, в частности Electrobras (Бразилия), PowerChina (Китай) уже заявили о рассмотрении возможностей масштабной инсталляции солнечной генерации на сооружениях и территориях своих ГЭС, а также на поверхности водохранилищ в виде наплавных солнечных модулей.

В России пока возможность использования плотин и пристанционных площадок ГЭС для размещения солнечных модулей не рассматривалась. Хотя очевидно, что, по сравнению со строительством СЭС на новых площадках, их инсталляция на объектах ГЭС обладает всеми перечисленными преимуществами. По приблизительным оценкам, только неиспользуемые площади низовых откосов плотин энергетического назначения в России можно оценить в 1,5 млн кв. метров. На этих площадях можно разместить солнечные модули установленной мощностью около 225 МВт.

Конечно, не все регионы благоприятны для размещения СЭС и не все плотины подойдут для инсталляции солнечных модулей. Наиболее благоприятными территориями с точки зрения солнечной активности являются ГЭС, расположенные в южной части Сибири, на Дальнем Востоке, на Северном Кавказе и нижние ГЭС Волжско-Камского каскада. Но все равно это достаточно внушительная цифра для России, которая еще не учитывает больших площадей пристанционных территорий, свойственных ГЭС, кровли зданий, прибрежные зоны, территории, находящиеся вблизи энергетической инфраструктуры, а также поверхности водохранилищ вблизи гидроузлов.

По прогнозам IRENA, в 2027 году стоимость солнечных модулей составит 300 долларов за кВт установленной мощности. Учитывая устойчивую тенденцию к снижению стоимости удельных вложений в солнечную генерацию при одновременном росте КПД, предлагаемая концепция гибридной гидро-солнечной генерации может придать существенный импульс для развития солнечной энергетики в РФ.Использование невостребованных площадей и преимуществ гидроэнергетических объектов сделает ее выгодным вложением.

В целом же концепция гибридной генерации выходит далеко за пределы инсталляции солнечных модулей на низовых откосах плотин. Это всего лишь один из примеров переосмысления и нового взгляда на обыденную действительность. Гибридизации подлежат практически все традиционные источники электроэнергии. Солнечные модули, например, можно ставить даже на свободных или близлежащих территориях существующих, а также строящихся тепловых или атомных станций. Но гидроэнергетические объекты (или газотурбинные станции) при гармонизации работы с СЭС способны обеспечить необходимое маневрирование для обеспечения стабильной выработки электроэнергии, повышения полезного отпуска и рационального использования водных ресурсов в целях, например, создания возможности для экологических попусков в нижний бьеф.

Возможно, именно гибридизация – уникальный и самый верный путь устойчивой трансформации традиционной энергосистемы в энергосистему, основанную на ВИЭ, при плавном и максимально эффективном использовании существующей энергоинфраструктуры России. Это компромиссный и эффективный путь, который может стать драйвером, придающим новый смысл традиционным источникам генерации, включая ГЭС, и ускоряющим внедрение альтернативной энергетики.

При этом реализация подобных гибридных проектов – это не дело далекого будущего. В настоящее время моя команда уже ведет работу над созданием конкретного пилотного проекта гибридной генерации на одном из объектов в РФ. Эта работа будет призвана проложить путь и создать возможности стандартизации и тиражирования данного подхода на широкий перечень объектов в стране. Главное, чтобы подобные инициативы и идеи встречали поддержку на всех уровнях и воплощались в реальность, помогая устойчивому развитию возобновляемой энергетики в РФ.
Самая крупная СЭС (850 МВт) в мире построена в Китае и является ярким примером гибридной гидро-солнечной генерации, объединенной с расположенной в непосредственной близости к ГЭС Longyangxia (1280 МВт) и гармонизированная с ее работой
Наплывные СЭС
Для инсталляции солнечных модулей на объектах гидроэнергетики подходят как низовые откосы плотин, так и водохранилища - в таком случае речь идет о наплавных СЭС (фото в центре)
Артур Алибеков эксперт по возобновляемой энергетике