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

«К 2024 году в России будет зрелая промышленность ВИЭ»

Глава Центра развития ВИЭ Института энергетики НИУ ВШЭ Георгий Ермоленко – о том, как за счет солнца и ветра сократить объемы выбросов и сжигания ископаемого топлива в энергетике России, для чего в Татарстане стоит строить ветрогенерацию и почему нельзя взять и закрыть угольные станции в Кузбассе.
Поделиться в социальных сетях
В начале мая прогремела новость: ученые НИУ Высшая школа экономики (ВШЭ) разработали оригинальную методику оценки потенциала возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Как сообщило Минобрнауки РФ, по этим расчетам вышло, что замена объектов генерации, работающих на ископаемом топливе, на солнечные и ветровые станции позволит ежегодно экономить около 40 млрд тонн условного топлива и на 80 млрд тонн (в СО2-эквиваленте) сократить выбросы парниковых газов.

«Кислород.ЛАЙФ» обратился с вопросами об итогах этой исследовательской работы к заведующему Центром развития ВИЭ Института энергетики ВШЭ, к.т.н. Георгию Ермоленко. И выяснил, что по этой методике ученые уже оценили ветропотенциал Татарстана и Калининградской области, и готовы сделать такие же расчеты для любого региона страны. Но интервью в итоге получился шире по тематике. Говорили о том, быстро или медленно развиваются ВИЭ в России, доживем ли мы до того, что начнем закрывать угольные ТЭС. А самое главное – реализуем ли эффективно потенциал возобновляемой энергетики страны, который является очень высоким.
Заведующий Центром развития ВИЭ Института энергетики НИУ ВШЭ, к.т.н. Георгий Ермоленко
«В качестве исходной взяли базу данных NASA»

- Георгий Викторович, в сообщении Минобрнауки РФ было сказано, что ученые НИУ ВШЭ разработали оригинальную методику оценки потенциала возобновляемых источников энергии (ВИЭ). В чем ее оригинальность то заключается?


- Проблема с оценкой потенциала ВИЭ в России, прежде всего, упирается в то, что нам нужны были исходные данные по инсоляции территорий, по величине и повторяемости скоростей ветров в зависимости от времени, причем в достаточно широком картографическом диапазоне. Атласы возобновляемых источников в нашей стране, конечно, создавали не раз и не два. Но, по крайней мере для оценки ветра, всегда пользовались данными станций Росгидромета.

Беда в том, что метеорологические станции имеют длительную историю существования. Все они построены в разное время, везде стоит разное оборудование. За то время, что они работают, в тех местах, где было поле, уже города выросли. Плотность метеостанций с запада на восток страны резко уменьшается – от сотен до тысяч километров. То же касается и актинометрических (измеряющих солнечную радиацию) станций, которые тоже располагаются на значительном удалении друг от друга. Аэрологических станций у нас вообще немного, и точность их измерений становится приличной на высотах от 500-1000 метров. Потому что их данные используются в основном для обслуживания авиации – проще говоря, для полетов самолетов. Очевидно, что вся эта инфраструктура Росгидромета информацию выдает, мягко говоря, не совсем качественную. Нам для оценки потенциала ВИЭ этих данных было явно недостаточно. Ученые-метеорологи, кстати, которые занимаются погодой, со мной согласятся.

Поэтому, прежде всего, еще на старте мы взяли в качестве исходной другую базу данных – NASA. И для оценки технического потенциала ветра использовали цифровые массивы раздела «Ветер» этой базы, сформированные на основе данных спутниковых наблюдений за десятилетний период. Особенность этой базы в том, что она дает однородную информацию по ветровой и солнечной активности для сетки в 1 градус по широте и долготе. И предоставляет данные по повторяемости скоростей ветров на высоте 50 метров над поверхностью земли и величины среднегодовых скоростей в широком диапазоне высот с шагом в 10 метров. Эта же база данных, кстати, была нами использована при разработке «Атласа ресурсов возобновляемой энергии на территории России», где в картографическом виде представлены результаты оценки технического потенциала ветра на всех территориях РФ, доступных для размещения объектов генерации.

- Но на высоте в 50 метров работают не все ветроустановки… 

- Безусловно. В мире эксплуатируются ветрогенераторы различных классов мощности, от единиц киловатт и до единиц мегаватт. А такие мощности требуют работы на различных высотах: от 10-20 и до 160 метров. Пока что все оборудование для ветроэнергетики выпускают за рубежом, на высотах 120-140 метров, к примеру, уже работают мегаваттные модели ENERCON, VESTAS и другие. Пока в России такие высокие ветроустановки не эксплуатируются, но они есть в ближайших планах. 

Когда мы говорим о том, что получаем информацию о ветре на 50 метрах от земли, мы можем с учетом кривой мощности и распределения скорости рассчитать выработку электроэнергии того или иного вида оборудования. Эта характеристика является важным показателем эффективности ветроэлектростанции. Но на других высотах мы этого сделать на основе данных базы данных NASA не можем. Чтобы устранить этот пробел, мы разработали определенную методику, выявили соответствующие коэффициенты для уравнения Вейбулла и доказали, что они репрезентативны. Сравнили их с данными полевых ветроизмерений, которые выполняли немецкие инжиниринговые компании на площадках в Краснодарском крае, на 80-метровых мачтах. Эта методика нам позволяет, зная характеристики оборудования, для любой машины (в рамках точности данных NASA) рассчитывать объемы выработки, показатели эффективности, в том числе коэффициенты использования установленной мощности (КИУМ) и т.д. А это влечет за собой уже все расчеты экономики того или иного объекта.

Сегодня Международное энергетическое агентство выпускает мировой атлас ВИЭ. Они пользуются другой, европейской методикой. Они тоже выдают определенные характеристики – с меньшим шагом и с большей точностью. Суть в том, что наша методика работает на любой базе данных. Поэтому, имея в руках базы данных спутниковых наблюдений, мы можем сегодня прогнозировать работу ветроэнергетического оборудования как на российской территории, так и за рубежом.

- Вы рассказали про ветер. А что касается оценки потенциала солнечной энергии?

- По солнцу ситуация такая же. Мы тоже сделали определенную модель, которая связывает излучение с характеристиками фотоэлектрических модулей и позволяет оценить их эффективность, мощность, производительность и т.д. С учетом того, что мы в базах данных имеем и суточные, и месячные, и годовые графики, мы можем рассчитать выдачу мощностей в течение суток, месяца и года. На основании получаемых данных выработки электроэнергии мы одновременно рассчитываем сэкономленное органическое топливо и предотвращенные вредные выбросы от его сжигания. То есть оцениваем системный эффект от использования ВИЭ.

- Короче, что вы разработали универсальную модель, с помощью которой можно оценить потенциал того или иного вида генерации на основе ВИЭ на определенной территории?

- В некотором смысле, да. Как я уже сказал, эту методику мы использовали для разработки Атласа ресурсов ВИЭ на территории РФ. Затем, по приглашению правительства Республики Татарстан, мы оценили ветропотенциал этого региона. Показали, какое оборудование, на каких высотах и в каких частяхТатарстана целесообразно устанавливать, чтобы ветроэнергетика развивалась там по наименее рискованному сценарию. Такие предложения мы подготовили и для Калининградской области. В целом, методика позволяет нам разрабатывать программы развития ВИЭ в любом регионе РФ.

«Инфраструктура Росгидромета информацию выдает, мягко говоря, не совсем качественную. Нам для оценки потенциала ВИЭ этих данных было явно недостаточно»
«Для Татарстана ветровая генерация никогда не станет средством для решения экологических проблем»

- Если взять Татарстан, то там в основе генерации – природный газ. Вы рассчитывали, сколько можно заместить этого топлива за счет одно лишь ветра? 

- Конечно. По нашим расчетам, показатели ресурсосбережения многократно перекрывают потребности региона в газе (в 2015 году – более 9,7 млрд кубометров). То есть даже с учетом перспектив развития экономики ветроэнергетика может полностью предотвратить негативное воздействие энергетического комплекса на окружающую среду. Конечно, это теория, в полном объеме все это реализовано не будет. 

Стоит отметить, что Татарстан – не самое приоритетное место для развития ветроэнергетики в России. Там существуют зоны, где можно развивать эту отрасль, но все это еще требует серьезного мониторинга ветропотенциала с использованием ветроизмерительных мачт.

Кроме того, для Татарстана ветровая генерация никогда не станет средством для решения экологических проблем. Тем более в плане самой энергетики природных газ – это наиболее чистое из органических топлив. И совместная генерация газовых станций и ВИЭ – это хороший путь развития. Собственно, там уже выстроена подобная структура мощностей – с учетом Нижнекамской ГЭС. Чтобы бы там ни говорили, энергия воды – возобновляемая энергия, не взирая на масштабы гидроэлектростанций. 

Проблема РТ в том, что регион является энергодефицитным: порядка 22% от потребления уже сегодня приходится импортировать извне республики. А поскольку там не строилось объектов по ДПМ, в перспективе тепловая генерация РТ будет терять конкурентоспособность на оптовом рынке электроэнергии и мощности, что неизбежно поставит вопрос о выводе из эксплуатации старых станций. По имеющимся от правительства РТ данным, уже к 2019 году предполагаются к выводу 2804 МВт мощностей, то есть почти 40% имеющихся в Татарстане. Возникающиедефициты можно, конечно, как и сейчас, покрывать за счет передачи мощности из ОЭС Волги. Но понятно, что регионы в этой энергосистеме не сидят сложа руки. Они тоже развиваются, у них тоже растет энергопотребление. Так что имеющихся сегодня мощностей может и не хватить на всех завтра. 

В самом Татарстане потребление электроэнергии к 2020 году, по прогнозам, вырастет еще на 9,1%, к 2025 году — на 15,8%, а к итоговому по стратегии развития региона 2030-му — на 23,2%. На фоне того, что все четыре энергорайона республики остаются энергодефицитными, а Казань – самым проблемным (зимой генерация там бывает в 2,3 раза меньше потребности, а летом — в 5,8 раз), Татарстану жизненно необходимо строить собственную генерацию. И желательно при этом постараться диверсифицировать энергобаланс, в котором почти 97% сегодня приходится на газ. И ВИЭ, в том числе ветер, в этом плане – перспективное направление.

- Татарстан, как обычно, стремится действовать на острие мировых трендов?

- Для прогрессивного Татарстана, с моей точки зрения, раннее погружение в новую тематику естественно. На сегодняшний день развитие ВИЭ стало глобальным направлением, трендом развития мировой энергетики. Инвестиции в ВИЭ в мире обогнали уже вложения во все остальные источники. Ветроэнергетика развивается в вариантах как наземного, так и морского базирования. Уже есть проекты, экономика которых без всякой господдержки сравнима с экономикой газа, если не более эффективна. В Марокко, например, были объявлены конкурсы по солнцу и по ветру, и они продают энергию по 3 американских цента за кВт/час. По новому курсу это – 1 рубль 80 копеек! У нас приблизительно такие же цены на ОРЭМ в первой ценовой зоне. Европейский рынок уже насыщается, азиатский – активно растет… 
На фоне того, что все четыре энергорайона Татарстана остаются энергодефицитными, а Казань – самым проблемным (зимой генерация там бывает в 2,3 раза меньше потребности, а летом — в 5,8 раз), Татарстану жизненно необходимо строить собственную генерацию
«По сравнению с тем, что у нас было, 5,6 ГВт ВИЭ до 2024 года - это невероятный скачок»

- Но в России пока с ВИЭ как то грустно… 

- Стало уже веселее, особенно после того, как в прошлом году окончательно сложилось рабочее законодательство. На это ушло около 10 лет, если отсчитывать от того момента, когда в ФЗ-35 «Об электроэнергетике» ввели понятие возобновляемых источников энергии. В России введена конкурсная рыночная модель, прописаны индикаторы роста мощности до 2024 года по ветру, солнцу и по малой гидроэнергетике. Сейчас к ним добавили еще и энергию сжигания ТБО. Определены меры господдержки в виде возврата капитальных и эксплуатационных издержек. Еще один источник –это продажа «чистой» электроэнергии на оптовом рынке. На сегодняшний день для инвесторов, с учетом того, что отрасль еще не зрелая, созданы очень привлекательные условия для ведения бизнеса. 

В сегменте солнечной энергетики у нас вообще создана полная цепочка – от науки и инноваций и производства фотоэлектрических панелей до строительства электростанций и их эксплуатации. И уже на рынке введено порядка 100 МВт мощности. Все объемы до 2024 года уже практически разыграны. По ветру до прошлого года все развивалось слабее. Но теперь в этот сегмент пришел «Росатом», достраивает свой первый ветропарк в Ульяновской области финский «Фортум», есть интересы у «ЕвроСибЭнерго» и «Энел Россия». Так что этот сегмент ждет лавинообразный рост. Вот с малой гидроэнергетикой все не так активно двигается. Но там другая история…

- И все же те 5,6ГВт ВИЭ, которые до 2024 года должны быть введены в России, на фоне объемов вводов такой же генерации в мире выглядят сущим мизером… 

- Это так, но по сравнению с тем, что у нас было, это невероятный скачок. По ветру на сегодняшний день у нас установлены мощности порядка 10 МВт – и это я не учитываю Крым и объекты в изолированных районах, я говорю только о тех станциях, что работают на ОРЭМ. А вот один «Росатом» уже ставит план по вводу 610 МВт ветра! 

Да и потом, что значит мизер? Все с чего-то начинали. Если вы думаете, что в Германии с самого начала стали строить гигаваттами, то вы заблуждаетесь. Важна траектория – идем мы в этом направлении или только играемся? Я считаю, что идем. И будут расти и объемы вводов, и доля ВИЭ в структуре энергобаланса.

Ведь, на самом деле, возобновляемая энергетика не с неба на Россию свалилась. По солнцу еще в СССР была создана хорошая школа, она работала, мы делали солнечные батареи для наших космических спутников. И потихоньку это дело развивалось. И на излете советской эпохи были планы по строительству мощных ветровых и солнечных станций – и часть была построена (солнечная станция в Алуште). По ветру в 1986 году были планы строить станции в пяти республиках СССР общей мощностью более 400 МВт. Изучали и потенциал приливной энергетики, и построили геотермальную генерацию на Камчатке. То есть ВИЭ – это не что-то новое для России. Просто когда началась перестройка – все затухло. А потом по понятным причинам и вовсе было свернуто.

Безусловно, мы отстали от многих стран. Но ситуация меняется. У нас проходила крупная конференция по возобновляемой энергетике, открывал которую президент РАН. Были там и Чубайс, и Вексельберг – они считают, что точка невозврата для возобновляемой энергетики в России уже пройдена. На сегодняшний день все крупные мировые компании нефтегазового сектора проявляют интерес к возобновляемой энергетике. То же самое происходит и в Российской Федерации. И «Газпром», и «Роснефть», и «ЛУКойл», и другие компании – все они изучают этот рынок. Процесс пошел.

И я считаю, что к 2024 году в России будет зрелая промышленность ВИЭ. Будут крупные игроки (с учетом того, что «Росатом» взялся за это дело), будут развиваться экспортные поставки нашего оборудования. Возвращаюсь к вашему вопросу про мизер: 5,6 ГВт вводов до 2024 года – это, на самом деле, счастье для отрасли. Чтобы это все освоить, нужен колоссальный труд. Все это требует культуры, подготовки кадров, нормативной базы, опыта эксплуатации, разработки систем обслуживания. Наша энергетика может измениться. И она будет меняться: и в пользу новых видов генерации, и в пользу распределенной системы. Мы живем в период перехода к новому энергетическому укладу. Те страны, у которых ресурсов меньше, быстрее движутся в сторону ВИЭ. У норвежцев, к примеру, велика доля гидроэнергетики в балансе, а в экваториальной зоне солнце доминирует над другими источниками.
В сегменте солнечной энергетики в России создана полная цепочка – от науки и инноваций и производства фотоэлектрических панелей до строительства электростанций и их эксплуатации
«Есть более выгодные технологии использования газа, нефти и угля»

- А как вы думаете, мы дойдем когда-нибудь до того, чтобы закрывать угольные и другие тепловые станции, работающие на ископаемом топливе? И замещать их солнечными или ветряными? 

-У нас есть регионы, которые живут на угле. И я не стал бы ставить вопрос так радикально. Должен быть баланс энергетических мощностей. Когда-то, может, вообще другие виды энергии появятся, о которых мы сегодня не предполагаем. В России в энергобалансе чрезвычайно высока доля газа. Но есть и более выгодные технологии использования газа и нефти. Я имею в виду газохимию и нефтехимию. И углехимию тоже – пусть у нас в среднем на уголь в балансе приходится и не так много, но есть регионы, где без угля никуда. Уверен, что стратегия развития газовой, нефтяной и угольной отраслей должны пересматриваться в пользу развития высоких переделов, с учетом новых технологий, с учетом климатической доктрины и обязательств, прописанных в Парижском соглашении по климату.

И в этом нет ничего искусственного и надуманного. Например, Объединенные Арабские Эмираты, которые являются одной из ведущих углеводородных стран в мире, поставили себе цель перейти на ВИЭ, а органические ресурсы перерабатывать в продукты нефтехимии и газохимии.

- В России очень развита когенерация. И пока эту систему из крупных ТЭС изменить, кажется, невозможно. Эта проблема как-то решаема?

- В долгосрочной перспективе доля экологически чистого теплоснабжения будет увеличиваться, хотя этот процесс идет существенно медленней, чем развитие возобновляемой электроэнергетики. В мире считается, что классическая цепочка – «сжигание – производство тепла – производство электричества» будет заменяться цепочкой «электричество – тепло». То есть мы придем к прямому производству тепла. Это все вопрос времени. Некоторые страны уже полностью сидят на возобновляемых источниках, живут, фактически, в новом энергетическом укладе. Другие по объективным причинам – нет.

В стране есть зоны локальных выбросов – там, где находятся тепловые станции, ГРЭС или ТЭЦ, которые невозможно в одночасье «отключить». Но вообще, когда я слышу, что у нас излишек мощностей, всегда этому удивляюсь – статистика говорит о том, что порядка 100 ГВт из общих 235 ГВт, которые у нас есть, мы должны вывести. Это мощности, которые морально и физически давно устарели и многократно амортизировались. Эффективность там, как правило, на минимуме. И мы можем сформулировать предложения, в каких регионах эффективнее строить объекты генерации на ВИЭ, чтобы произошла смена поколений в энергетике.

Нам вообще желательно делать заделы на будущее. Нельзя прийти, например, в Кузбасс, просто закрыть все угольные ТЭС и поставить там ветряки. И на них вырабатывать тепло. Должны сначала получить развитие чистые угольные энергетические технологии, углехимия, может быть угольное материаловедение. Но тут, на самом деле, вы меня толкаете в сторону фантазирования. А мне бы не хотелось этим заниматься.

- Тогда вернемся к оригинальности вашей методики, с чего мы и начали разговор. В мировой практике, как правило, оцениваются три вида энергетических потенциалов ВИЭ: валовый (теоретический), технический и экономический. Вы же добавили еще несколько потенциалов, в том числе топливный и теплоэнергетический. Это затем, что в России с ее энергетикой такие параметры необходимо оценивать еще до старта?

- В некотором смысле вы правы. Топливный задает величину потенциала ВИЭ в тоннах условного топлива, а теплоэнергетический оценивает количество тепловой энергии, которое можно произвести путем преобразования энергии ВИЭ в тепло. Соответственно, можно рассчитать и перспективы экономии тепловой энергии, получаемой при сжигании органических топлив. Но мы добавили еще несколько потенциалов. Например, потенциал ресурсосбережения может показать, сколько ископаемого топлива можно сэкономить за счет ВИЭ. А экологический потенциал оценивает объем выбросов парниковых газов в атмосферу, которого удастся избежать. Электроэнергетический показывает, сколько электрической энергии можно выработать, следовательно, он задает и снижение расхода электроэнергии, производимой традиционными методами.

Зная выработку того или иного вида оборудования мы можем говорить и о замещении объемов сжигаемого органического топлива – газа, угля, мазута, дизельного топлива. И, как следствие, рассчитать и объемы выбросов парниковых газов, метана и других вредных веществ в атмосферу, которые можно за счет развития ВИЭ сократить. На мой взгляд, для России эти данные могут оказаться актуальными, ведь наша энергетика в основном работает на органическом топливе. И, вместе с металлургической промышленностью, ответственна за львиную долю всех выбросов.

Все это очень важно, поскольку позволяет увидеть за ВИЭ не только экономику самих этих объектов, но и то, какое влияние они могут оказать на энергетику в целом. И, как следствие, на экологию. В России энергоемкость ВВП очень высокая. Такая промышленно развитая страна с похожим климатом как Канада в 2014 году имела энергоемкость ВВП в 1,83 раза ниже энергоемкости России. Это говорит о том, что совершенствование технологий производства энергии жизненно необходимо. Котельные должны стать более эффективны. Теплотрассы должны меняться, потому что источник генерации тепла не должен греть окружающую среду. Я понимаю, откуда возникают нынешние споры. Сырьевики – газовая, угольная промышленность – заинтересованы в росте поставок сырья. Другие, кто выступает за чистую энергию, заинтересованы в энергосбережении, в снижении потребления на единицу тепла, освещения и т.д. Все борются за свои интересы.

- В ваших расчетах также сказано, что замена на территории России традиционных способов получения энергии (сжигания ископаемых ресурсов) на солнечную и ветровую генерацию позволит ежегодно экономить около 40 млрд тонн условного топлива и на 80 млрд тонн в СО2-эквиваленте сократить выбросы парниковых газов. Откуда столь гигантские цифры? Если, по данным Национального кадастра выбросов, у нас суммарно в год всего порядка 2,6 млрд тонн… 

- Эти цифры возникнут, если реализовать технический потенциал ВИЭ. Что это значит? Если взять типовые ветроэнергетические и солнечные установки и расставить их на всех доступных землях сельхозназначения в России, то можно будет получить такие вот объемы. На доступных территориях, используя 3-мегаваттные ветрогенераторы, можно произвести в год 17000 млрд кВт/час в год, а используя перспективные фотоэлектрические панели – 135000 млрд кВт/час в год.

Понятно, что это огромные цифры – но тем они и интересны. То есть при реализации технического потенциала в полном объеме мы кратно перекроем и выбросы, и траты топливных ресурсов. Обычно технический потенциал реализуется на 5-10%, и то не в идеале. В идеале это может быть еще выше. То есть в теории мы имеет большой запас и, соответственно, возможность серьезного влияния на улучшение экологии.

Вообще, у России самый высокий потенциал источников возобновляемой энергии в мире, в том числе из-за большой площади территории. Для ветроэнергетики наиболее перспективны территории на Юге и на Северном Кавказе, заполярные территории Северо-Западного, Уральского, Сибирского и Дальневосточного округов, а также прибрежные зоны северо-востока страны, Камчатки и Сахалина.Для развития солнечной энергетики перспективными регионами являются юго-западные районы страны — Калмыкия, Ставропольский и Краснодарский края, Ростовская, Волгоградская, Астраханская области. Также этот вид энергетики экономически выгодно развивать на Алтае, в Приморье, Бурятии, Читинской области. Что, кстати, так или иначе уже и происходит.

Не использовать столь высокий потенциал просто расточительно. По нашим расчетам, к примеру, в Калининградской области на высоте в 100-120 метров КИУМ ветроустановок равен 35%. Это очень высокий показатель. Причем это еще данные консервативные. Ветроизмерения на выбранных площадках дадут более высокий результат. То, что делаем мы с нашей методикой – это как раз консервативные комплексные оценки. Мы показываем, что в данном регионе можно работатьс такими эффектами по консервативному сценарию. А дальше – проводите точные измерения, и принимайте обоснованные решения!


Нельзя прийти, например, в Кузбасс, просто закрыть все угольные ТЭС и поставить там ветряки. И на них вырабатывать тепло

Автор текста

Александр Попов, шеф-редактор «Кислород.ЛАЙФ»