За первую половину 2019 года в Германии доля электроэнергии, получаемой из солнца, ветра, воды и биомассы, впервые превысила долю энергии, производимой на АЭС и угольных ТЭС. Возобновляемые источники энергии выработали почти половину — 47,3% — от всей электроэнергии в стране, на уголь и АЭС приходится 43,4%. К 2030 году немецкие власти хотят довести долю "зеленого электричества" до 65%. В России доля возобновляемой энергетики крайне мала, хотя о ней говорят все чаще. Сергей Иванов объясняет, почему нам не стоит слишком полагаться на солнце, ветер и другие природные источники.
Как устроена система
Чтобы понимать преимущества и недостатки "зеленой" энергетики, надо для начала разобраться в структуре энергобаланса любого государства. Потребление электроэнергии нестабильно: в течение суток возникает два характерных пика потребления, а ночью энергопотребление находится на минимуме. Для Москвы, например, разница суточных пиков составляет более трети от максимального значения. Более того, по понятным причинам потребление в холодное время года выше, чем в теплое. Это значит, что: 1) мощностью надо довольно резко маневрировать; 2) суммарная установленная мощность электростанций существенно выше среднего вырабатываемого значения.
Поясню. Установленная мощность обозначает, что суммарная мощность всех электростанций, снабжающих город вроде Москвы, составляет порядка 20 гигаватт, с учетом зимы. Но летней ночью на них вырабатывается только 9, то есть половина мощностей простаивает.
Традиционная энергетика была построена с прицелом на эти суточные пики. Наименее маневренными электростанциями являются атомные — и в общем энергобалансе страны или города они всегда лежат на "дне" и работают по максимуму. Обычные крупные тепловые электростанции могут маневрировать, но на раскрутку и выбег большой турбины тратится значительное время, поэтому для маневра используют пусть менее энергоэффективные, но более скорые на запуск и остановку компактные турбины. Самый же удобной для маневра является гидроэлектростанция: плотина и водохранилище позволяют энергии реки не пропадать зря во время простоя, а в ходе суточных пиков турбины ГЭС работают на полную мощность.
Разумеется, в больших энергосетях, в которых насчитывается несколько часовых поясов, суточные пики отдельных городов компенсируются из другого часового пояса. Гнать за несколько тысяч км электроэнергию (со всеми сопутствующими потерями) оказывается выгоднее, чем строить электростанцию, которая будет работать всего лишь два часа в сутки.
Миф о бесплатном
С того момента, как идея зеленой энергетики стала популярной, прошло много времени, но некоторые до сих пор считают, что одно из ее преимуществ — в дармовости. Солнце светит и ветер дует бесплатно, надо лишь это использовать. Технически нефть и уголь под землей тоже лежат готовенькие к употреблению. Надо всего лишь добыть.
Важнейшая особенность традиционной энергетики — это полный контроль вырабатываемой мощности. И в этом ключевое отличие "зеленой" генерации. Ветер и солнце появляются тогда, когда им угодно. Конечно, для установки подобных электростанций выбирают места, где ветер дует часто (высокий ветропотенциал), а количество солнечных дней максимально, но это все никак не гарантирует постоянство и тем более контроль над выработкой.
Например, если бы Москва снабжалась энергией солнца, этим дождливым летом москвичи сидели бы в полной темноте. Проблема с нестабильностью выработки является очень серьезной. Для примера — график выработки ветряной энергии в Германии в марте 2012 года:
"Бог ветра" благосклонен — и имеем 20 гигаватт, если он гневается, то выработка едва-едва поднимается чуть выше нуля. При этом потребление не прекращается — никто не будет останавливать предприятия и гасить фонари, если ветер не дует. Энергию надо откуда-то брать.
Нестабильность выработки электроэнергии из солнца и ветра вынуждает иметь сопоставимые резервные мощности в запасе. Если какая-то доля электроэнергии обеспечивается ветром, где-то рядом должны стоять резервные обычные тепловые электростанции с той же мощностью. И получается, что эти резервные мощности работают крайне нестабильно и экономически неэффективно, более того, из-за этой нестабильности у обычных электростанций и электросетей быстрее изнашивается оборудование.
Собственно, рекорд Германии в 2019 году надо рассматривать через эту призму: в период хорошей ветреной и солнечной погоды возобновляемая энергетика обеспечила чуть менее половины потребления. При этом доля установочной мощности ВИЭ (возобновляемых источников энергии - прим.) составляет более половины суммарной мощности всех немецких электростанций, в числе которых имеется множество резервов, предназначенных для выработки энергии, когда с ветром и солнцем не повезло. И еще надо учесть, что в упомянутый период попали теплые весенние и летние месяцы, когда энергопотребление падает, а количество солнца и ветра, напротив, растет. В свете этих данных этот рекорд выглядит уже немного по-другому.
При этом берется суммарная выработка энергии на ВИЭ. А к возобновляемым относятся и построенные 100 лет назад гидроэлектростанции, которые работают стабильно и контролируемо.
Практика показывает, что в случае наличия ветровой и солнечной генерации в пределах 10% от общей, проблем не возникает. Резервных мощностей ставить не нужно, хватает изначального запаса прочности энергосистемы. А когда это пороговое значение пытаются превысить, возникает огромное количество проблем с износом энергосетей, строительством и простоем резервных мощностей и другие радости. Эти проблемы, конечно, решаемы, но у них есть цена: и цена электроэнергии в Германии для потребителей резко скакнула в 2012 году, когда начали закрываться АЭС и ставиться ветряки. Рост главным образом связан с увеличением налога — и именно за счет этого налога субсидируются и строятся ветряные электростанции.
Причем можно заметить, что себестоимость генерации при этом падает. Значительная часть энергии вырабатывается из ископаемого топлива, а его стоимость за последние годы снижалась.
Впрочем, есть примеры стран, огромный процент мощности электростанций которых составляют пресловутые ветряки и солнечные панели, и их часто приводят в пример. Правда, во-первых, эти страны небольшие, а во-вторых, они окружены большими соседями. Это значит, что, когда ветер или солнце "просаживаются", условная Дания покупает гигаватт-часы у условной Германии и восстанавливает энергобаланс. Понятно, что такой сценарий применим только к небольшим государствам и отдельным городам — в масштабах крупной страны такой сценарий уже невозможен. При всем при этом стоимость электроэнергии для потребителей в Дании (ровно как и в Германии) на данный момент является одной из самых высоких в Европе. В соседней Франции, которая плотно сидит на атоме, стоимость электроэнергии на 40% ниже.
Уголь на ветер
Бум ветроэнергетики в Германии во многом связан с решением правительства вывести из эксплуатации атомные станции после аварии на Фукусиме в 2011 году. Считается, что Германия очень опасалась удара цунами. Выпадающие из оборота мощности заменяются в том числе ветрогенерацией и фотовольтаикой. Но столпом энергобаланса и вторыми по числу вводимых в эксплуатацию мощностей неожиданно стали станции на буром угле. По добыче бурого угля Германия находится на первых строчках в мире.
Собственно, на черные плечи бурого угля ложатся и издержки производства ветряной энергетики — при низкой себестоимости угольного электричества значительная часть средств, уплачиваемых за него хозяйствами и предприятиями, в прямом смысле уходит "на ветер". И, в отличие от ветрогенерации, угольная отрасль и энергетика являются давно и надежно самоокупаемыми и не требуют ни субсидирования, ни дотаций от государства. И именно за счет угля во многом производится строительство ветряных электростанций.
При этом ветряки с углем активно "конкурируют": если ветер дует, тепловые электростанции сокращают генерацию себе в убыток. Вдобавок угольные электростанции облагаются значительными штрафными санкциями за выбросы углекислого газа.
Потенциал в России
В России с ветряной и солнечной генерацией дело обстоит очень плохо. Плохо в нескольких смыслах: во-первых, в общем энергобалансе их доля исчезающе мала. Во-вторых, подобные проекты в масштабах страны на данный момент не имеют никаких перспектив.
Ветропотенциал для строительства ветряков в отдельных регионах России очень высокий, но реализован он незначительно, о чем с умным видом пишут аналитики. Но если посмотреть на карту, легко увидеть, что наивысших значений он достигает на Новой Земле.
На карте скромно подписано "морские побережья". Правда, это все побережья северных морей, где плотность населения минимальна, а условия жизни и строительства крайне суровы. Строительство электростанции настолько далеко от крупных городов обойдется очень дорого, а энергия от нее будет идти с большими потерями на дистанцию. Кроме того, ветрякам придется работать в условиях арктических температур, что неизбежно приведет к удорожанию конструкции и обслуживания.
С помощью тепловых электростанций в России вырабатывается не только электричество, но и горячая вода для потребления и отопления, что критически важно на севере. Ветрогенераторы, очевидно, тепло не производят.
Если же говорить о наиболее заселенных регионах России, там с ветропотенциалом все намного хуже. А там, где он имеется, в наличии уже имеется комплекс обычных электростанций, которые справляются с нагрузкой. Если и строить там ветряную генерацию, то только взамен выпадающих мощностей, а не как в Германии, где принудительно по указке сверху "зарезали" свои АЭС и "освободилось" множество вакантных мест.
Использование солнечной же энергетики в реалиях нашей страны оправдано только в самых южных регионах. Что касается наиболее заселенной части России, то достаточно посмотреть на улицу типичным осенним днем и понять, что солнечных киловаттов в этом столетии лучше не ждать.
Ветряная и солнечная энергетика в России появятся, но только тогда, когда она будет способна конкурировать с традиционной генерацией. На данный момент, с учетом дешевизны электроэнергии в России, она совершенно неконкурентоспособна.
