К.Сулейменов оценивая текущее состояние отрасли, отметил, что в Казахстане оборудование во многих небольших станциях уже на 70% выработало свой ресурс.

«Этой технологии уже 50-60 лет, но она очень хорошего качества. Основная проблема — это экологический фактор. Это высокие выбросы оксидов серы, оксидов азота. Все упирается, как я говорил уже, в «сложный уголь». У нас относительно высокие выбросы золы в атмосферу из котлов, электрофильтры не справляются. При этом при решении вопросов надежности оборудования и экологических проблем, необходимо обеспечивать потребителей электроэнергией в том количестве, которое необходимо», — сказал он.

Эксперт предлагает провести реновацию действующих электростанций либо строить на их месте другие с новейшими технологиями. По его мнению, необходимо проводить инновационные процессы, восстановительные работы на тех станциях либо на том оборудовании, которое может еще хорошо работать.

«Для тех же станций, которые сейчас работают, ставятся завышенные экологические нормативы. На том оборудовании невозможно достичь, тех параметров, которые требуются. Здесь надо строить либо новые станции, что очень дорого, ну либо на «хвост» котла «садить» новейшие электрофильтры и газоочистное оборудование. По большому счету в тепловую электроэнергетику надо вкладывать приличные деньги, чтобы получить относительно экологически чистые станции. Сжигая уголь, вы получите какие-то выбросы, но можно их уменьшить», — рассказывает эксперт.

Как считает К.Сулейменов, в мире никто не использует уголь, который употребляют в Казахстане. Считалось достижением советских ученых и энергетиков, которые сделали в тот период такое оборудование, которое спокойно сжигает практически землю, в составе которой имеется максимум 40% углерода. Из этого следует, что сегодня в Казахстане за счет дешевого угля вырабатывается самая дешевая электроэнергия.

«Запас прочности, созданный еще в советское время, все еще работает. Уже 30 лет прошло, как союза нет. Оборудование, которое было установлено 50-60 лет назад, все еще работает. При хорошей эксплуатации и своевременном ремонте и ревизии могут еще достаточно прослужить. Но это зависит от возраста станции. К примеру, в Ермаковской ГРЭС — ныне Аксуская электрическая станция, все блоки прошли инновацию, которая заключалась вплоть до замены поверхностей нагрева, паропроводов и деталей в турбинах. Т.е. после полной реконструкции оборудование может еще работать 200 тысяч часов — это 30 лет», — резюмировал К.Сулейменов.

Профессор поделился, что с 1966 года ни одного дня не работал вне энергетики, и для того чтобы достичь определенных результатов он старался получить качественное образование и практический опыт.

«В 1966 году я окончил школу и поступил в Политехнический институт имени Ленина на энергетический факультет по специальности «тепловые электрические станции», после окончания которого, поехал на работу в Ермаковскую ГРЭС. В феврале 1974 года поступил в Казахский научный исследовательский институт энергетики им. Ш.Ч.Чокина, где занимался исследовательской работой над разработкой и исследованиями новых технологий сжигания твердого топлива и защитил кандидатскую и докторскую диссертации», — поделился он.

Со слов К.Сулейменова, в 1997 году он получил приглашение возглавить отдел науки и новых технологий в Департаменте электроэнергетики Минэнерго при переезде министерства в Астану. В 2000 году поступило предложение от KEGOC создать аналогичный в министерстве отдел, на базе которого позже был создан департамент. В 2007 году поступило предложение на работу в Дирекцию по управлению энергетическими активами в «Казахстанском холдинге по управлению госактивами «Самрук».

К.Сулейменов написал более 60 печатных работ, в том числе: 3 монографии, 10 авторских свидетельств и патентов на изобретения. Сегодня профессор активно работает над проектом по разработке технологии для сжигания высокозольных отходов Экибастузских углей 3-го класса в Назарбаев Университете по заказу АО «Самрук-Энерго». Главной целью проекта является улучшение эффективности твердого топлива и снижение выбросов в атмосферу.

Структура электрогенерации в Украине и ее связь с тарифами на электроэнергию.

Структура электрогенерации в Украине и ее связь с тарифами на электроэнергию.

Рассмотрим структуру генерации электроэнергии в Украине.

Объединенная энергетическая система Украины (ОЭС) — это совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, работающих в общем режиме производства, передачи и распределения электрической и тепловой энергии. В ОЭС Украины параллельно работают атомные (АЭС), тепловые (ТЭС) и гидроэлектростанции (ГЭС), теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), а также электростанции, работающие на альтернативных (возобновляемых) источников электроэнергии (ВИЭ) (солнечные, ветровые, био и другие) . Все они объединены магистральными электрическими сетями.
Относительно доли каждой составляющей в общей структуре генерации электроэнергии в Украине, то:

1. Атомные электростанции (АЭС) составляют 51%, они работают равномерным графиком и создают энергетическую базу в течение суток. АЭС очень медленно наращивают или уменьшают мощность, поэтому резкие маневры просто опасны. В результате атомные электростанции не могут увеличивать производство во время вечерних пиков и уменьшать его ночью, когда наступает «ночной провал» в потреблении электроэнергии.
2. Теплоэлектростанции (ТЭС) — 27%, чаще всего это маневренные мощности с быстрым реагированием на изменения потребления, чаще всего такие станции работают на сжигании угля, газа или мазута.
3. Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) — 9%, станции такого типа производят не только электрическую энергию, но и тепловую. Чаще всего она используется в городах для горячего водоснабжения и отопления.
4. Гидроэлектростанции и Гидроакумулючи электростанции (ГЭС / ГАЭС) — 5%, станции такого типа чаще всего используются для покрытия пикового потребления в энергосистеме страны. Обычно ГАЭС закачивают воду ночью, когда потребление минимальное и есть избыток электроэнергии, а сбрасывают в часы пикового спроса — в утренние и вечерние часы. Они также являются резервом, который может быстро компенсировать внезапный дефицит мощности в энергосистеме.
5. Солнечные электростанции (СЭС) — 5%, экологически чистая генерация электроэнергии осуществляется благодаря солнечном свету.
6. Ветровые электростанции (ВЭС) — 2%, также экологически чистая генерация, которая использует энергию ветра для производства электроэнергии.
7. Биостанции — 1%, для генерации электрической энергии данные станции используют биологические отходы производств и биогаз. Особенностью «зеленой» генерации является полная зависимость от погодных условий и сезонность ее генерирования.

По количественному представления производителей электроэнергии в Украине: 4 атомные электростанции; 15 теплоэлектростанций, 2 из которых остались на неподконтрольной территории; 43 ТЭЦ, 10 из которых находятся на неподконтрольной территории; основу гидроэнергетики Украины составляет каскад из 6 крупных ГЭС на Днепре, а также Ташлыкская ГАЭС на реке Южный Буг. Всего функционирует 8 ГЭС и 3 ГАЭС.

Крупнейшая украинская СЭС установлена ​​в Никопольском районе Днепровской области и она является второй по мощности СЭС в Европе, а крупнейшая украинская ВЭС находится в Запорожской области.

На сегодня в Украине самая дешевая электроэнергия — атомная и гидро, самая дорогая — «зеленая» — из солнца, ветра. В конце 2008 года в нашей стране для стимулирования развития возобновляемой энергетики со стороны государства был принят «зеленый тариф». Согласно ему электроэнергия, полученная из альтернативных источников, приобретается государством по тарифам, на порядок выше рыночной стоимости. Такая программа рассчитана до 2030 года с поэтапным снижением стоимости 1 кВт, а по ее окончании стоимость зеленой электроэнергии станет стандартной. Ожидается, что в 2030 году доля производства электроэнергии из возобновляемых источников (включая крупные гидроэлектростанции) составит около 25-30%.
Соотношение источников генерации и сбалансированность энергосистемы чрезвычайно важные для энергетической безопасности государства и должны гарантировать стабильное электроснабжение страны при различных природных, техногенных, управленческих, социально-экономических условий и внешнеполитических факторов.

Как же связаны между собой структура электрогенерации и тарифы на электроэнергию?

Централизованное управление энергосистемой обеспечивает Национальная энергетическая компания «Укрэнерго». Режим работы ОЭС определяется в соответствии с балансом производства и потребления электрической энергии, ремонтов электросетей и генерирующего оборудования. Объем электроэнергии, попадает в энергосистему, должен соответствовать объему ее потребления. Невозможно накопить электроэнергию, а затем продать потребителям. Должна быть обеспечена непрерывность одновременного процесса производства и потребления.

Итак, от чего зависит цена на электроэнергию:

1) От инструментов балансировки энергосистемы.

В течение суток нагрузка на энергосистему страны распределяется неравномерно. Утром и вечером — высокое, а ночью — резко падает. Максимальное энергопотребление приходится на утренние часы (7 — 10), когда начинает работать большинство предприятий, а также вечерние часы (19-23), когда люди массово возвращаются домой.
В то же время, украинские элтростанции производят электричество круглосуточно, а такой режим потребления (пиковый и пониженный) создает для производителей электроэнергии большие сложности. Например, ТЭС вынуждены ежедневно «запускать-останавливать» около 10 энергоблоков. Кроме того, потребление угля, нефти и газа для производства электроэнергии меньше при равномерном пользовании, а значит, помогает экономить ценные ресурсы.
Одним и один из способов управления спросом на потребление электрической мощности является переход на тарифы, дифференцированные по периодам времени, в частности, ночной тариф. Их задача — уменьшать нагрузку на сети в момент пикового использования. А экономия для потребителей обусловлена ​​дешевой «ночной» электроэнергией.

2) Цена электроэнергии зависит от текущего состояния структуры электрогенерации. Если, например, увеличивается доля производства на тепловых электростанциях, а доля дешевой атомной генерации уменьшается, то цена электроэнергии может увеличиваться.

3) Цена на электроэнергию чувствительна к сезонных колебаний спроса и сезонных изменений в структуре Электробаланс страны.

Летом всем производителям электроэнергии становится тесно на рынке, который ограничен рамками объема ее потребления. Кроме того, солнечные электростанции, которых в Украине построено много, выдают электроэнергию только днем. В то же время ветровых станций или станций на биогазе, которые могут генерировать электроэнергию круглосуточно явно недостаточно. Через такой дисбаланс производство «зеленой» электроэнергии на суточном графике выглядит так: рано утром — производство минимальное, днем ​​- максимальное, вечером — опять минимальное. Несбалансированное развитие «зеленых» электростанций в мире описывают термином «калифорнийская уточка», появившийся в 2012 году в Калифорнии благодаря форме графику для управляемой генерации для покрытия разницы между потреблением в энергосистеме и производством неуправляемой генерации из ВИЭ. Ограничивать выработку электроэнергии на солнечных электростанциях в Украине нет смысла, поскольку закон «О рынке электроэнергии» гарантирует солнечным электростанциям, что вся их электроэнергия будет выкуплена. Поэтому часто летом для реагирования на непрогнозированную генерацию СЭС / ВЭС применяют принудительное ограничение производства на АЭС, которые дают дешевую электроэнергию и задействуют ТЭС, которые производят более дорогую, чем АЭС, электроэнергию, но технически позволяют оперативно регулировать энергосистему.
Также, например, когда дождливая погода и в реках, на которых расположены гидроэлектростанции, очень много воды, то компания «Укргидроэнерго» вынуждена сбрасывать ее, производя электроэнергию не только в период пикового потребления, когда нужно балансировать энергосистему, но и в другое время суток. Это тоже влияет на цену электроэнергии.

4) Украинская энергосистема не работает изолированно — большая ее часть соединена межгосударственным линиям электропередачи с энергосистемами стран-соседей. Поэтому на цену электроэнергии на рынке также влияет экспорт / импорт электроэнергии, аварийная помощь (при необходимости) и технологические перетоки с энергосистемами соседних государств, которые неизбежно возникают, чтобы энергосистема Украины работала безопасно и стабильно.

Итак, цена на электроэнергию в Украине существенно зависит от способа решения технических задач с балансировки энергосистемы страны. А последний, к сожалению, присущи негибкость и нехватка высокоманевренных и энергоаккумулирующих мощностей.

Пять вопросов о рынке электроэнергии

15 мая 2019 14:36 0

Фото: Фото: Thinkstock

1.

Те, кто два года назад следил за ситуацией вокруг блокады торговли с ОРДЛО помнят, какие проблемы вызвал тогда дефицит угля, на котором работают украинские ТЭС, вырабатывающие электричество. Суть современной модели энергосистемы Украины такова – все производители сбрасывают вырабатываемую энергию в единый котел, из которого она распределяется по потребителям.

В Украине существует четыре основных вида производства электроэнергии — атомные электростанции (АЭС), тепловые электростанции (ТЭС), гидроэлектростанции (ГЭС) и возобновляемые источники электроэнергии (ВИЭ), к которым относятся ветряки и солнечные электростанции. Все они сбрасывают выработанную энергию в единую энергосистему Украины.

Самая большая проблема любой энергосистемы заключается в том, что произведенную энергию практически невозможно запасти впрок – сколько потребителю нужно электричества в данный момент, столько его и вырабатывают производители. Ночью, когда все спят, потребление минимально и, наоборот, днем, когда все трудятся в офисах и на производствах и работает электротранспорт, потребление растет.

Больше всего электроэнергии в Украине производят атомные электростанции – около 54% от всего объема. И это самая дешевая электроэнергия. Однако проблема заключается в том, что они не могут резко менять объемы выработки в течение суток. По сути, АЭС работают на одном уровне – днем и ночью. Чтобы сбалансировать потребление электричества населением, даже были введены дневной и ночной, более дешевый, тарифы – это должно было бы повысить загруженность АЭС и сбалансировать объемы потребления.

Утром, когда мы приходим на рабочие места, включаем компьютеры и кондиционеры, готовим себе кофе, потребление электричества резко увеличивается. В этот момент запускаются угольные станции, которые сглаживают пиковые нагрузки. Они производят всего 29% электричества в стране, но оно суммарно самое дорогое.

Гидро- и возобновляемая энергетика не так предсказуема. В пасмурные дни солнечные панели вырабатывают энергии меньше, чем в солнечные дни, а на ГЭС весной в половодье производство существенно выше, чем летом, во время засухи. Поэтому пики или провалы этих видов генерации сглаживают угольные ТЭС.

Чтобы сохранялся баланс в энергосистеме, диспетчеры компании «Укрэнерго» постоянно следят за производимой и потребляемой энергией и в случае необходимости просят добавить или убавить мощности блоков ТЭС.

2. Кому достаются деньги?

Сейчас, когда мы платим за электричество, не задумываемся, сколько достается из тарифа за каждый киловатт*час тем или иным производителям. Вся произведенная электроэнергия продается в «общий котел» – компанию «Энергорынок». При этом у каждого вида генерации свой тариф. Его утверждает регулятор – Национальная комиссия по регулированию рынка энергетики и коммунальных услуг (НКРЭКУ).

Про зеленый тариф мы уже писали. На сегодня это самая дорогая энергия, которая попадает в общий котел «Энергорынка». У частных электростанций ее покупают по 18 евроцентов за киловатт.

Следом идет угольная генерация, которая вырабатывает 29,5% электричества, но получает около 47% собранных с рынка денег. Среднегодовой тариф на отпуск электроэнергии в оптовый рынок для тепловых электростанций (ТЭС) в 2019 году вырос на 11% — с 1,8 грн до 2 грн за кВт-ч.

Следом идут АЭС – они за один выработанный киловатт*час получают 56 копеек.

Самая дешевая энергия у ГЭС. В этом году средний тариф для них вырос на 28% – до 31,5 коп/кВт*ч.

Все тарифы — без НДС.

3. Кому принадлежат предприятия?

Атомная генерация входит в состав компании «Энергоатом», которая принадлежит государству.

Тепловой генерацией управляют несколько компаний. Самая крупная из них – энергохолдинг ДТЭК, принадлежащий Ринату Ахметову. ДТЭК эксплуатирует 9 из 14 теплоэлектростанций. Еще три входят в государственную компанию «Центрэнерго», которую недавно безуспешно пытались приватизировать. Две оставшиеся находятся на неподконтрольных территориях Донбасса.

Все крупные гидроэлектростанции сконцентрированы в компании «Гидроэнерго», принадлежащей государству.

Компаниями, производящими электроэнергию из возобновляемых источников энергии, владеют частные инвесторы.

4. Что должно измениться?

С 1 июля в Украине должен заработать рынок электроэнергии. Теперь компании-производители будут выставлять свою электроэнергию на торги на специальной бирже. Также появится рынок «на сутки вперед» (срок действия таких договоров — один день). Если кто-то не сможет продать электричество на первых двух, то в дело вступает балансный рынок, где энергию выкупит системный оператор «Укрэнерго».

Ну и наконец будет еще один специальный рынок — вспомогательных услуг. По сути, «Укрэнерго» сможет зарезервировать определенную мощность в долгосрочной перспективе и активировать ее в случае возникновения необходимости.

Зачем такие сложности? Все просто. Это требование Евросоюза и так называемого «третьего энергопакета». Новый механизм позволит усилить конкуренцию на рынке и заставить производителей электроэнергии вкладывать средства в свои предприятия. Введение этого рынка было одним из обязательств Украины в рамках Ассоциации с ЕС.

5. Кому это выгодно?

Сейчас эксперты, которых связывают с Игорем Коломойским, говорят о необходимости отложить введение рынка электроэнергии на месяц-два, а то и больше. А член команды советников нового президента Владимира Зеленского и вовсе предложил не торопиться несколько лет.

“Обращаемся к правительству и Верховной Раде относительно необходимости переноса введения рынка электроэнергии минимум на 1-2 года до момента создания конкуренции и технической готовности. Это тот случай, когда качество реформы важнее скорости, и неправильное введение реформы может повлечь тяжелые и необратимые последствия”, — говорится в заявлении.

Почему так происходит? Открытие рынка электроэнергии повлечет рост цен на нем. От этого выиграют производители, и прежде всего — ДТЭК Рината Ахметова.

А вот в проигрыше окажутся владельцы крупных потребителей электроэнергии. В первую очередь речь идет о ферросплавных предприятиях, которые принадлежат Игорю Коломойскому и Виктору Пинчуку. Для них важна дешевая электроэнергия. Вот они и лоббируют отсрочку запуска рынка электроэнергии.

Скорее всего, после открытия рынка вырастут и тарифы для населения. Прошлым летом прогнозировали, что цена киловатт*часа поднимется с нынешних 1,68 грн до 2 гривен.

Читайте также

В законе о «зеленых» аукционах появилась поправка, которая запрещает в частных домохозяйствах устанавливать солнечные электростанции на земле. Для частников это стало сюрпризом, причем неприятным.

Исследование: Природный газ, ветер, самая дешевая солнечная энергия

Краткое описание погружения:

• Согласно новому исследованию, опубликованному Техасским университетом в Энергетическом институте Остина в четверг, природный газ, солнце и ветер — самые дешевые способы производства электроэнергии.

• В отчете рассчитывается приведенная стоимость электроэнергии (LCOE) по округам США, и ветер является самым дешевым ресурсом на центральных равнинах и в горах Аппалачи.Природный газ — самый дешевый ресурс на Прибрежной равнине и в некоторых частях северных Скалистых гор, в то время как солнечная энергия лидирует по дешевизне на юго-западе и спорадически на Среднем и Северо-Западе.

• Анализ учитывает внешние факторы окружающей среды, которые включают «выбросы в атмосферу, выбросы CO2 при сжигании и встроенный анализ жизненного цикла парниковых газов». Было установлено, что технология комбинированного цикла природного газа является самым дешевым вариантом по крайней мере для трети страны.

Dive Insight:

Исследование Техасского университета является еще одним свидетельством того, что падающая стоимость возобновляемых источников энергии и сохраняющийся дешевый природный газ перевешивают экономику угля и атомной энергетики, даже несмотря на то, что Белый дом продолжает разрабатывать планы по спасению этих двух ресурсов.

Расширенный выбор потребителей, стандарты выбросов и конкурентный рынок — вот факторы, которые приводятся в исследовании для вывода о том, что ветер, солнечная энергия и газ являются самыми дешевыми. Исследование также включает онлайн-калькулятор в качестве справочника для политиков и заинтересованных сторон, чтобы определить «финансовые последствия потенциальных политических действий» по округам.

Исследование показало, что средняя разница между наименее затратным вариантом и вторым дешевым вариантом составляет 0,029 доллара США / кВтч. В нем также отмечается, что «полные затраты» выходят за рамки экологических соображений, включая стоимость рабочей силы, финансовую поддержку со стороны правительства и объем инфраструктуры, уже имеющейся для поддержки данного источника энергии.

Что касается распределенной генерации, в исследовании говорится, что затраты частично зависят от того, насколько хорошо спроектирована распределенная сеть, поэтому важны политика и уровень государственной поддержки.

В ходе исследования также были проведены расчеты без учета внешних факторов, и выяснилось, что природный газ имеет самый низкий LCOE для большей части США, при этом энергия ветра по-прежнему имеет самую низкую стоимость на великих равнинах и в северной части штата Нью-Йорк. В этом случае ядерная энергия будет самой дешевой в некоторых частях Верхнего Среднего Запада. В исследовании отмечается, что сочетание природного газа и ядерной энергии, однако, «чувствительно к ценам на природный газ и углерод», в отличие от ветровой и солнечной энергии.

LCOE считает, что природный газ, ветер и солнечная энергия являются самыми дешевыми источниками электроэнергии с учетом всех факторов, включая внешние факторы окружающей среды.

Техасский университет в Остине

Ветер и Солнце — наши самые дешевые источники выработки электроэнергии. Что нам теперь делать?

Споры о будущем электроэнергетической системы Америки долгое время сводились к двойному выбору между снижением затрат или уменьшением загрязнения. Но это изменилось. Во многих частях страны новые возобновляемые источники энергии — это просто самый дешевый ресурс.

Эта экономическая эволюция приобрела новое значение для регулирующих органов и коммунальных предприятий в рамках ожидаемого администрацией Трампа «все вышеперечисленного» подхода к энергетической политике и может обеспечить продолжение роста чистой энергетики в условиях рыночной политики.

В 10-м ежегодном отчете Lazard, занимающегося финансовым консультированием и управлением активами, о приведенной стоимости энергии (LCOE) для различных технологий производства электроэнергии показано, что возобновляемые источники энергии являются самыми дешевыми доступными источниками электроэнергии (помимо эффективных) даже без субсидий — тенденция, подтвержденная аналогичным анализом затрат на ветер и солнечную энергию из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли.

Благодаря субсидиям в некоторых местах новый ветер даже дешевле, чем краткосрочные предельные затраты на существующие электростанции, работающие на ископаемом топливе, что вызывает новые вопросы о том, следует ли выводить эти электростанции из эксплуатации раньше срока.

Анализ LCOE Lazard определяет, сколько стоит каждая единица электроэнергии (измеряемая в мегаватт-часах) в течение всего срока службы электростанции. LCOE представляет каждый компонент затрат — капитальные и финансовые затраты на строительство; эксплуатация и техническое обслуживание; и затраты на топливо — распределены в течение всего жизненного цикла произведенных мегаватт-часов.

Поскольку разные установки имеют разные эксплуатационные характеристики и составляющие стоимости, LCOE представляет собой лучший способ справедливого сравнения различных технологий.Подумайте об этом, сравнивая яблоки с апельсинами.

По словам Лазарда, сегодняшние затраты на ветроэнергетику составляют одну треть по сравнению с 2009 годом, снизившись со 140 долларов за мегаватт-час до 47 долларов за мегаватт-час всего за семь лет.

Смета расходов Lazard соответствует заявленным ценам контрактов на ветроэнергетику, при этом несколько контрактов на ветроэнергетику составляют от 20 до 10 долларов.

Однако эти цифры не отражают всей картины.Хотя ветроэнергетика является самой дешевой из когда-либо существовавших, затраты на ветер были значительно ниже пикового уровня 2009 года в начале и середине 2000-х годов, в основном из-за низких цен на рабочую силу и сырьевые товары, и они сильно различаются в зависимости от региональных ветровых ресурсов — от низких 30 долларов. в районе Великих равнин и в Техасе до 60 долларов в Калифорнии и на северо-востоке.

Снижение стоимости солнечной энергии для коммунальных предприятий было еще более резким: с 2009 года она упала на 85 процентов до сегодняшнего диапазона от 46 до 61 доллара за мегаватт-час.

Национальная лаборатория Лоуренса Беркли подтверждает затраты Lazard на солнечную энергию при компиляции цен на солнечную энергию за 2014–2015 годы, при этом несколько контрактов заключаются значительно ниже 40 долларов за мегаватт-час, используя 30-процентный федеральный инвестиционный налоговый кредит.Как и ветер, инсоляция зависит от региона. Например, очень мало солнечной энергии строится на северо-востоке, где одна и та же солнечная электростанция производит только 68 процентов от того, что она генерировала бы на юго-западе и в Калифорнии при аналогичных затратах.

По мере того, как старые электростанции выходят из строя, коммунальные предприятия должны сравнивать ветряные и солнечные энергии с самой дешевой формой новой генерации, работающей на традиционном топливе, сегодня — электростанции с комбинированным циклом, работающие на природном газе, с LCOE варьируются от 48 до 78 долларов за мегаватт-час.

Аргументы в пользу ветряной и солнечной энергии как самых дешевых ресурсов сети становятся еще яснее, если учесть федеральные субсидии: налоговые льготы снижают затраты на возобновляемые источники энергии до 17-47 долларов за мегаватт-час для ветра и от 37 до 49 долларов за мегаватт-час для солнечной энергии.

Общая цена ветра не только дешевле, чем строительство новых газовых электростанций на большей части территории страны — новый ветер превосходит некоторые электростанции, работающие на ископаемом топливе, по их предельным издержкам (т. Е. Затратам на эксплуатацию, техническое обслуживание, заправку топливом). и т. д.) в одиночку. Другими словами, сейчас во многих местах дешевле построить новый ветряк, чем просто продолжать эксплуатацию существующей угольной и атомной электростанции. И общие затраты на солнечную энергию не отстают.

Это резкое падение цен на ветровую и солнечную энергию означает, что коммунальные предприятия и их регулирующие органы должны следить за последними цифрами, иначе они будут слепо при принятии решения об инвестициях в новую инфраструктуру и о том, следует ли выводить из эксплуатации существующие электростанции.

Как и любая технология генерации, ветер и солнце влияют на общую динамику системы, в том числе на то, какие ресурсы и инфраструктура необходимы в качестве дополнений. Но заявления о стоимости интеграции переменных ресурсов, таких как ветер и солнце, часто преувеличиваются.

В недавнем исследовании Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA) использовались высококачественные подробные почасовые данные о погоде для поиска дополнительных ветровых и солнечных ресурсов и рассматривались результаты их соединения с национальной магистралью передачи постоянного тока высокого напряжения (HVDC).NOAA обнаружило, что 80-процентная генерация с нулевым выбросом углерода, в том числе более 50 процентов ветровой и солнечной энергии, может обеспечить к 2030 году надежное обслуживание при более низких затратах, чем сегодня, без увеличения емкости гидроэлектростанций или аккумуляторов.

Оказывается, что цифры затрат Lazard уже приближаются к предположениям о минимальных затратах из исследования NOAA, а это означает, что самые щедрые предположения NOAA о снижении затрат к 2030 году станут почти реальностью в 2017 году. Например, в его сценарии «низкая стоимость возобновляемого газа и высокая стоимость газа» NOAA потратил 1 доллар.19 / ватт для капитала солнечной энергии плюс затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание. В недавнем отчете Lazard, солнечный капитал плюс затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание уже упали с 1,44 доллара до 1,59 доллара в 2016 году.

Это подчеркивает необходимость моделей и политиков, которые их используют для обеспечения актуальности данных о затратах. Неспособность сделать это может заблокировать сотни миллиардов инвестиций в нерентабельную газовую инфраструктуру.

Стоимость интеграции высокой доли ветряной и солнечной энергии становится намного выше без магистральной сети HVDC, поскольку регионы с ограниченными ресурсами не могут получить доступ к самым ветреным и солнечным (и, следовательно, дешевым) местам для выработки энергии ветра и солнца.Дорогостоящие, затяжные процессы выбора площадок для линий электропередачи и электростанций и распределения затрат на линии электропередачи с несколькими штатами дополнительно увеличивают стоимость проекта и сдерживают инвестиции. (Политики могут обратиться к Плану энергетики Америки за рекомендациями по оптимизации процесса размещения и ограничению воздействия на местном уровне с целью снижения затрат на размещение возобновляемых источников энергии.)

Даже с этими новыми цифрами каждую неделю строится все больше станций, работающих на природном газе, дорогой уголь не выходит на пенсию так быстро, как того требует экономика, а переход на возобновляемые источники энергии не происходит достаточно быстро, чтобы предотвратить наихудшие последствия изменения климата.

Два заблуждения ограничивают развертывание возобновляемых источников энергии даже перед лицом резкого снижения затрат на энергию ветра и солнечной энергии: 1) ошибочный паникер по поводу надежности возобновляемых источников энергии и 2) неправильные представления о стоимости эксплуатации сети с большим количеством возобновляемых источников энергии.

Управление энергосистемой Америки с переменными возобновляемыми источниками энергии также требует переосмысления того, как мы работаем, и планирования наших электроэнергетических систем для обеспечения надежного обслуживания, и многие коммунальные предприятия и оптовые рынки не спешили адаптироваться.

Сетевые операторы иногда заявляют, что нам нужно поддерживать солнечную и ветровую энергию с помощью равного соотношения тепловых генераторов или накопителей на случай, «когда солнце не светит и ветер не дует», но исследование NOAA показывает дополнительную передачу и лучшую региональную координацию. можно сделать это намного дешевле.Анализ Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) подтверждает выводы NOAA, показывая, что сегодня мы можем в четыре раза увеличить количество энергии ветра и солнца в сети без проблем с надежностью.

Помимо надежности, многие утверждают, что ветровая и солнечная энергия сопряжены с непреодолимыми затратами на интеграцию, включая резервные линии генерации и передачи для подключения удаленных пунктов к сети. Хотя это правда, оценки затрат на интеграцию ветроэнергетики обычно находятся в диапазоне от 2 до 7 долларов за мегаватт-час, даже при высоком проникновении.

Различия в исследованиях затрат на интеграцию отражают сложность отнесения затрат на интеграцию к какой-либо одной технологии в большой сети, где разнообразное сочетание выработки электроэнергии, связанное с надежной передачей, естественным образом сглаживает изменчивость — так же, как, например, индексный фонд по сравнению с одной волатильной акцией. .

Обычная тепловая генерация, такая как природный газ, уголь и ядерная энергия, также требует новой передачи, поставки и хранения топлива, а также больших резервных запасов. Их также можно считать «интеграционными затратами», даже без учета затрат на здоровье и климат из-за двуокиси углерода и других загрязнений, которые могут превышать 25 долларов за мегаватт-час для природного газа и 60 долларов за мегаватт-час для угля.

Переход нашего электроэнергетического сектора от ископаемого топлива больше не является просто экологической необходимостью — это экономический императив. Свободные рынки сейчас отдают предпочтение солнечной и ветровой энергии. Рассмотрим богатый газом Техас, в котором ветроэнергетика более чем в три раза выше, чем в любом другом штате, и где к 2022 году ожидается рост солнечной энергии на 400 процентов.

Устаревшие правила и данные не позволяют нам в полной мере воспользоваться быстрым снижением затрат на ветровую и солнечную энергию.Неспособность адаптироваться к быстро меняющимся цифрам затрат приведет к неэкономичным инвестициям, ограничивающим выбросы. Чтобы Америка могла участвовать в гонке за энергетическими инновациями, пора принять парадигму, в которой ветер и солнце составляют основу нашей электросети.

***

Майкл О’Бойл представляет план власти Америки.

Прогнозируемые затраты на производство электроэнергии на 2020 год — Анализ

LCOE — это хорошо известная и, благодаря своей относительной простоте и прозрачности, хорошо понятная метрика для сравнения технологий различных поколений.Общие допущения, сделанные в этом отчете — например, предполагающие одинаковые коэффициенты мощности для газовых, угольных и атомных электростанций в разных регионах — гарантируют, что различия в стоимости могут быть четко определены. Однако при таком подходе не учитываются различия в отдельных системах и рынках, которые существенно влияют на конкурентные позиции технологий. Эти специфические для системы характеристики взаимодействуют с техническими и экономическими характеристиками различных технологий, то есть их изменчивостью, диспетчеризацией, временем отклика, структурой затрат и местом в порядке оценки.Это также включает тот факт, что не все единицы отгружаются в одинаковой степени по технологиям и рынкам, или что выручка на многих рынках определяется колебаниями цен, а не стабильной ценой на протяжении срока службы технологии, как предполагается в анализе LCOE.

Что еще более важно, показатель LCOE применяется к уровню отдельной станции и не учитывает ценность, которую различные варианты технологии генерации добавляют к электроэнергетической системе на разных уровнях проникновения.Производство электроэнергии из переменных возобновляемых источников определенного типа коррелировано и не всегда надежно доступно. Одновременность генерации, которая не обязательно коррелирует со спросом, снижает ценность генерации. Отсутствие надежности требует либо диспетчерского резервного копирования, либо альтернативных вариантов гибкости, таких как хранение или реагирование на спрос, чтобы обеспечить постоянную безопасность поставок. Кроме того, необходимо сбалансировать потенциально быстрые изменения в переменной генерации из возобновляемых источников.Чтобы понять это влияние и гарантировать, что данный спрос удовлетворяется низкоуглеродной электроэнергией по меньшей мере, требуется анализ на уровне электроэнергетической системы (см. IEA, 2019 и NEA, 2019). В целом это означает, что LCOE все чаще необходимо контекстуализировать с помощью других анализов, чтобы получить значимую картину относительной конкурентоспособности различных технологий производства электроэнергии.

В целях дополнения подхода LCOE и обеспечения возможности сравнения затрат, более специфичных для системы, IEA разработало методологию корректировки затрат с помощью компонента стоимости системы, известного как LCOE с поправкой на значение (VALCOE).Он изменяет LCOE отдельной технологии в конкретной электроэнергетической системе в соответствии с ее вкладом в обеспечение всех аспектов безопасной эксплуатации системы. Важно отметить, что результаты расчетов отражают ценность существующих, то есть заброшенных систем, и их возможное будущее развитие.

Результаты показывают, что производственные затраты технологии на уровне завода могут значительно варьироваться в зависимости от ее ценности для системы. Важность учета этого особенно поразительна при рассмотрении переменных возобновляемых источников энергии: солнечные фотоэлектрические установки демонстрируют высокую корреляцию между производительностью отдельных станций, что в проанализированных сценариях приводит к значительному снижению стоимости генерации с увеличением доли.Сокращение объемов производства в часы высокой производительности является дополнительной проблемой и на практике может снизить коэффициенты нагрузки и увеличить LCOE по сравнению с заявленными значениями. Это будет учтено при системном анализе. Напротив, мощность ветряных электростанций менее коррелирована между отдельными блоками, и поэтому их потеря в стоимости меньше даже при увеличении их доли. При текущих уровнях мощности влияние корреляции все еще ограничено на многих рынках, но оно может возрасти, если будут достигнуты амбициозные цели в области возобновляемых источников энергии и увеличатся относительные доли.Технологии с высокими переменными затратами (такие как газовые турбины открытого цикла с высокой степенью гибкости), которые производят только в течение нескольких часов по очень высоким ценам, обеспечивают в среднем более высокую ценность (на единицу выработки) для системы. Установки с базовой нагрузкой, обычно ПГУ (исключение составляет Европа, где они в основном работают в часы с высокой остаточной нагрузкой), угольные и атомные, которые надежно производят в течение большого количества часов, дают значение, аналогичное среднему по системе.

Результаты, представленные на рисунке ES6, представляют собой образцы результатов анализа VALCOE, проведенного IEA для Европейского Союза, Китая и США.Охватывая эти большие географические регионы, модель не принимает во внимание узкие места в сети или трансграничные потоки, а вместо этого предполагает полную интеграцию по областям. Таким образом, результаты потенциально недооценивают ограничения гибкости будущих систем. Показатель VALCOE обеспечивает новаторский подход к отражению сложности системного анализа в единой метрике. Ценности зависят не только от общей доли переменных возобновляемых источников энергии, но и от стоимости дополнительных ресурсов, таких как накопление энергии или межсетевые соединения, а также от стоимости конкурирующих технологий.В отличие от многих других системных анализов, которые моделируют развитие системы в будущем, предполагая оптимальность долгосрочных затрат, сценарий, лежащий в основе расчетов VALCOE, пытается воспроизвести реальные системы. Будущая работа позволит систематизировать и уточнить текущие результаты.

Оценка системного вклада различных технологий генерации дает более полную картину их экономических затрат. Однако, чтобы получить оценку их полных издержек для общества, необходимо включить воздействие на здоровье человека (как в результате загрязнения воздуха, так и в результате крупных аварий), окружающую среду, занятость, доступность природных ресурсов и надежность снабжения. (см., например, NEA 2018).

Энергия ветра — один из самых дешевых источников электроэнергии, и он становится все дешевле

Ранее в этом месяце Министерство энергетики США (DOE) опубликовало последнюю версию своего ежегодного отчета о рынке ветроэнергетических технологий, в котором собрано множество данных для отслеживать тенденции в стоимости, производительности и росте ветроэнергетики.

В отчете установлено, что ветровая энергия в США будет по-прежнему одной из доступных технологий производства электроэнергии с наименьшими затратами, при этом долгосрочная цена на ветровую электроэнергию, доступную по соглашению о закупке электроэнергии, составляет примерно половину ожидаемых затрат на простое управление электричеством. электростанция, работающая на природном газе.

Кроме того, жесткая конкуренция со стороны как природного газа, так и солнечной энергии может подтолкнуть ветроэнергетику к достижению еще более низких цен и более высокой производительности за счет разработки более крупных турбин, предназначенных для максимальной производительности даже в регионах с менее чем оптимальной скоростью ветра.

В этом посте будут рассмотрены некоторые из основных тенденций в области ветроэнергетики в США, отслеживаемых в отчете Министерства энергетики США. Чтобы получить полное изложение, я предлагаю вам проверить полный отчет и связанную с ним колоду слайдов.

Энергия ветра — один из самых дешевых источников электроэнергии в США

В то время как общая цена энергии ветра напрямую зависит от скорости ветра в конкретном месте, изучение национальных тенденций в установленной стоимости энергии ветра однозначно показывает, что энергия ветра стала чрезвычайно недорогим источником электроэнергии.

Средний потребитель в США платит за электроэнергию около 12 центов за киловатт-час. Эта цена включает стоимость выработки электроэнергии, проводов, по которым она доставляется от генераторов к нашим домам, и стоимость ведения коммунального хозяйства. Фактические затраты только на производство электроэнергии составляют от 2 до 4 центов за киловатт-час — это цена, с которой энергия ветра должна конкурировать, чтобы быть успешной.

На основании данных, собранных в Отчете о рынке ветряных технологий, ветровая энергия стабильно стоит на уровне или ниже текущих рыночных ставок на электроэнергию.Энергия ветра часто приобретается крупными блоками по долгосрочному контракту, который называется договором купли-продажи электроэнергии (PPA). На приведенном ниже рисунке показана историческая цена контрактов PPA на ветроэнергетику с 1996 года. Диаметр каждого круга — это размер построенной ветряной электростанции в мегаваттах, а высота круга на оси Y — цена контракта в долларах за мегаватт. -час (или долларов за 1000 киловатт-часов).

В последние годы было закуплено огромное количество энергии ветра по цене 20 долларов за мегаватт-час или ниже, или всего 2 цента за киловатт-час.Это по любым параметрам конкурентоспособно с ценами на обычном оптовом рынке электроэнергии.

Но важно отметить, что цена на ветровую энергию, предлагаемую через PPA, представляет собой полную цену, которая включает эффект субсидий, таких как федеральный налоговый кредит на производство ветровой энергии, который обеспечивает налоговую субсидию в размере от 18 до 23 долларов за мегаватт-час. произведенной энергии. Если исключить налоговую льготу на производство и посмотреть на приведенную стоимость энергии (LCOE) от внутреннего ветра, она все равно будет стоить менее 50 долларов за мегаватт-час (5 центов за киловатт-час).Для сравнения, по оценке Управления энергетической информации, лучшая в своем классе электростанция на природном газе с комбинированным циклом имеет LCOE около 54 долларов за мегаватт-час (5,4 цента за киловатт-час). Таким образом, даже если учесть влияние федерального налогового кредита на производство ветровой энергии, энергия ветра остается чрезвычайно конкурентоспособным генерирующим ресурсом.

Конкуренция поднимает ветер, чтобы стать дешевле, больше и лучше

Одно из преимуществ того, что энергия ветра становится полностью конкурентоспособной по сравнению с традиционным производством электроэнергии на ископаемом топливе, заключается в том, что она оказывает значительное давление на ветроэнергетику, требующую постоянного повышения стоимости и производительности своих ветряных турбин, чтобы оставаться на шаг впереди конкурентов.

Отраслевые данные показывают, что ветряные турбины, развернутые в 2016 году, имеют роторы большего диаметра, что позволяет им улавливать больше ветра в целом, и более высокую высоту ступицы, что позволяет им улавливать более устойчивые ветры, доступные на больших высотах. Средний диаметр ротора в 2016 году составил 108 метров, что на 13 процентов больше, чем в среднем за предыдущие 5 лет, в то время как средняя высота ступицы в 2016 году составила 83 метра, что на 1 процент выше среднего за предыдущие 5 лет. В результате средняя генерирующая мощность вновь установленных ветряных турбин в США в 2016 году составила 2.15 мегаватт, что на 11 процентов выше среднего показателя за предыдущие 5 лет.

Улучшения в конструкции ветряных турбин не только помогли увеличить максимальную мощность, которую они могут производить (или их генерирующую мощность), но и их коэффициент мощности, то есть показатель того, как часто они фактически производят энергию. Средний коэффициент мощности проектов, установленных в 2014 и 2015 годах, составлял более 40 процентов — это означает, что они производили 40 процентов максимально возможной энергии, которую они могли бы произвести, если бы было очень ветрено 24 часа в сутки, 365 дней в году.

Как насчет затрат на интеграцию, связанных с изменчивостью ветра?

Здесь вы можете спросить, а как насчет всех затрат, связанных с изменчивостью ветра? Разве нам не нужны хранилища, чтобы управлять колебаниями выработки энергии ветра? К сожалению, нет кратких ответов на вопрос, каковы затраты на интеграцию переменного источника электричества, такого как ветер.Ответ — однозначный: «это зависит от обстоятельств».

Одна вещь, которую мы можем сделать, — это посмотреть, как количество ветра, принудительно уменьшенное или ограниченное операторами сети, изменилось по мере того, как количество энергии ветра в сети увеличилось. На приведенном ниже рисунке показаны как скорость проникновения ветра, так и скорость ослабления ветра в период с 2008 по 2016 год для семи независимых системных операторов США (ISO) (карта ISO США здесь).

Если посмотреть на общее изменение проникновения ветра и ограничения ветра по всем семи ISO, сокращение фактически уменьшилось на , даже несмотря на то, что проникновение ветра значительно увеличилось.Это не означает, что затраты на интеграцию ветроэнергетики незначительны. Фактически, главная причина, по которой сокращение выбросов сократилось с момента его пика в 2009 году, заключается в том, что регионы вкладывают средства в крупномасштабные линии электропередачи, чтобы направлять энергию ветра с равнин в города и лучше сбалансировать выработку энергии ветра со спросом. В регионе Совета по надежности электроснабжения Техаса (ERCOT), например, коммунальные предприятия инвестировали 7 миллиардов долларов в линии электропередачи, связывающие ветреный Западный Техас с восточными и центральными городами, что значительно сократило сокращение выбросов.Как и все инвестиции в линии электропередачи, эти затраты были распределены по всей клиентской базе, поэтому они не отражены в стоимости энергии ветра, показанной на диаграммах выше. Но когда вы распределяете миллиардные инвестиции между миллионами клиентов, затраты, понесенные в расчете на одного клиента, относительно невелики.

Поскольку исключительно низкая цена на ветровую энергию в США стимулирует дальнейшее строительство ветряных электростанций, будет интересно посмотреть, как операторы сетей в США справятся с задачей интеграции ветровой энергии с остальной сетью.По крайней мере, до сих пор они добивались успеха. Но директивные органы и регулирующие органы должны осознавать необходимость в новых мощностях передачи и других модернизациях сети для интеграции ветряных электростанций, поскольку все больше турбин устанавливается в большем количестве мест. Определение инвестиций с наименьшими затратами для интеграции наиболее возобновляемой энергии — непростая задача, но она будет становиться все более жизненно важной, поскольку возобновляемые источники энергии избавляются от ярлыка «альтернативной энергии» и становятся основным источником поставок электроэнергии в США.

Какой самый дешевый способ производить электричество?

Ветер — король в большей части Техаса

На этой карте показан наименее затратный способ выработки электроэнергии в каждом U.Округ С. Природный газ и возобновляемые источники энергии борются за звание самого дешевого в большей части страны.

Природный газ по-прежнему используется в Техасе

Несмотря на спад, уголь по-прежнему генерирует почти четверть электроэнергии в Техасе

«Капитальные затраты на ветер и солнечную энергию за два года, прошедшие с момента публикации исследования, снизились больше всего. Они» он захватил большую часть карты. Не похоже, чтобы капитальные затраты на такие вещи, как природный газ, сильно снизились. На самом деле им не приходилось этого делать, потому что цена на природный газ была очень низкой.»

Джошуа Д. Роудс, научный сотрудник Института энергетики Техасского университета и Webber Energy Group

Стоимость производства электроэнергии все еще снижается

Солнечная энергия и ветер для коммунальных предприятий показали наибольшее снижение капитальных затрат с 2016 года

Стоимость киловатт-часа мощности

«Нет единого мнения о том, следует ли называть что-то подобное [продление линий электропередачи до Западного Техаса] субсидией или государственной финансовой поддержкой.Техас кажется более агностическим с точки зрения типа энергии, будь то возобновляемые источники энергии или углеводороды. Это то, что вы собираетесь строить, создавать рабочие места и помогать экономике? Что ж, тогда хорошо. » «Исследователи Техасского университета отметили, что возобновляемые источники энергии становятся еще более конкурентоспособными в таких регионах, как Северо-Восток, где они не были очевидным выбором.Отсутствие инфраструктуры природного газа делает ветер и солнечную энергию привлекательными в некоторых неожиданных областях ».

Джефф Мозье, писатель по вопросам энергетики и окружающей среды, The Dallas Morning News

Полная государственная финансовая поддержка

ИСТОЧНИКИ: Энергетический университет Техаса Институт; ERCOT

Затраты на производство возобновляемой энергии в 2020 г.

Десятилетие с 2010 по 2020 год показало, что производство энергии из возобновляемых источников стало экономическим выбором по умолчанию для новых мощностей.В тот период конкурентоспособность солнечной энергии (концентрирующая солнечная энергия, солнечная фотоэлектрическая энергия для коммунальных предприятий) и морского ветра соединились с береговым ветром в том же диапазоне затрат, что и для новых мощностей, работающих на ископаемом топливе, рассчитанных без финансовой поддержки. Действительно, тенденция заключается не только в том, что возобновляемые источники энергии конкурируют с ископаемым топливом, но и значительно сокращают их, когда требуются новые мощности по выработке электроэнергии.

Основные выводы доступны на арабском (عربي), китайском (中文), английском, французском (français), испанском (español).

См. Интерактивную инфографику о том, как низкие затраты на возобновляемые источники энергии позволяют превзойти уголь.

В период с 2000 по 2020 год мировые мощности по производству возобновляемой энергии увеличились в 3,7 раза, с 754 гигаватт (ГВт) до 2 799 ГВт, поскольку их стоимость резко снизилась благодаря постоянному совершенствованию технологий, экономии за счет масштаба, конкурентоспособным цепочкам поставок и совершенствованию девелоперских компаний. опыт. Затраты на электроэнергию от солнечных фотоэлектрических систем (PV) упали на 85% в период с 2010 по 2020 год.

Другие основные моменты включают:

• В 2020 году глобальная средневзвешенная приведенная стоимость электроэнергии (LCOE) от новых добавленных мощностей наземных ветроэнергетических установок снизилась на 13% по сравнению с 2019 годом.За тот же период LCOE морского ветра снизился на 9%, а LCOE солнечной фотоэлектрической энергии (PV) — на 7%.
• Затраты на производство энергии из возобновляемых источников резко упали за последнее десятилетие благодаря постоянному совершенствованию технологий, экономии за счет масштаба, конкурентоспособным цепочкам поставок и повышению опыта разработчиков. Затраты на электроэнергию от солнечных фотоэлектрических систем (PV) упали на 85% в период с 2010 по 2020 год.
• Стоимость электроэнергии от солнечной и ветровой энергии упала до очень низкого уровня.С 2010 года в мире было добавлено в общей сложности 644 ГВт мощности по производству возобновляемой энергии, а расчетные затраты были ниже, чем при использовании самого дешевого варианта сжигания ископаемого топлива в каждом соответствующем году. В странах с развивающейся экономикой добавление 534 ГВт при меньших затратах, чем на ископаемое топливо, сократит затраты на производство электроэнергии до 32 миллиардов долларов США в этом году.
• Новые солнечные и ветряные проекты все больше подрывают даже самые дешевые и наименее устойчивые из существующих угольных электростанций.Анализ IRENA показывает, что 800 ГВт существующих мощностей, работающих на угле, имеют эксплуатационные расходы выше, чем новые солнечные фотоэлектрические и береговые ветряные установки для коммунальных предприятий, включая 0,005 доллара США / кВтч для затрат на интеграцию. Замена этих угольных электростанций сократит годовые системные затраты на 32 миллиарда долларов США в год и сократит годовые выбросы CO ₂ примерно на 3 гигатонны CO ₂ .

Программа анализа затрат IRENA собирает и предоставляет данные о стоимости и производительности технологий производства возобновляемой энергии с 2012 года.Двумя основными источниками данных для показателей стоимости и производительности, содержащихся в этом отчете, являются база данных IRENA по затратам на возобновляемые источники энергии и базы данных IRENA Auctions and Power Purchase Agreement (PPA). В этом году в отчет впервые также включены данные о затратах IRENA на аккумуляторные батареи за счетчиком и солнечные тепловые технологии для промышленного тепла.

Наряду с обзором общих тенденций затрат и их факторов, в отчете подробно анализируются компоненты затрат. Анализ охватывает около 20 000 проектов по производству возобновляемой энергии со всего мира, а также данные 13 000 аукционов и соглашений о закупке электроэнергии для возобновляемых источников энергии.

План Китая по сокращению угля и стимулированию зеленого роста

Ветряная электростанция недалеко от города Хэюань в Гуандуне, Китай Фото: Haitong Yu / Getty

В мировом рейтинге энергетики выделяется одна страна. Китай является самым голодным потребителем энергии в мире — в прошлом году ему потребовался энергетический эквивалент почти 3,3 миллиарда тонн нефти. С 2011 года здесь было сожжено больше угля, чем во всех других странах вместе взятых. И его зависимость от этого ископаемого топлива складывается: Китай выбрасывает около четверти парниковых газов в мире, что составляет самую большую долю среди всех стран.

Но эти цифры — только часть истории: Китай также является самым продуктивным производителем ветровой энергии в мире, имея возможность производить более чем в два раза больше, чем второй по величине производитель, Соединенные Штаты. И она обладает примерно одной третью мировых мощностей по производству солнечной энергии, построив в прошлом году больше систем, чем любая другая страна.

Быстрый рост населения и экономики на протяжении десятилетий в сочетании с огромной обрабатывающей промышленностью и массовой миграцией в города с центральным отоплением и уличным освещением превратили Китай в жаждущую власти нацию.Осознавая этот голод и ущерб, который может нанести долгосрочная зависимость от ископаемого топлива, китайское правительство разработало планы по удовлетворению энергетических потребностей страны. И наука и технологии — в таких областях, как аккумуляторные технологии, фотоэлектрическая энергия и управление энергопотреблением — лежат в основе этих планов.

Снижение чистого спроса на энергию не является частью политики, даже при изменении структуры энергопотребления Китая. По данным энергетической компании BP, в 2018 году на Китай приходилось 24% мирового потребления энергии.По оценкам компании, к 2040 году Китай по-прежнему будет возглавлять список, и на его долю будет приходиться 22% мирового потребления.

Страна сделала огромные инвестиции в возобновляемые источники энергии, вложив в этот сектор 0,9% своего валового внутреннего продукта (ВВП) в 2015 году — третье место в мире после Чили и Южной Африки, каждая из которых инвестировала по 1,4% ВВП. Тем не менее, только 23% энергии, потребляемой Китаем, поступает из «чистых» источников (включая природный газ), тогда как в 2019 году почти 58% приходилось на уголь — наиболее загрязняющий из вариантов, которые все еще широко используются во всем мире.(Большая часть остальной энергии Китая поступает из нефти и ядерной энергетики.)

Сжигание угля и других невозобновляемых источников энергии для утоления энергетического голода страны стало видимой проблемой, с большой такие города, как Пекин, часто окутаны густым смогом. Загрязнение воздуха в некоторых частях Китая в 2013 году стало настолько серьезным, что СМИ окрестили это аэропокалипсисом, в котором граждане переносят уровни твердых частиц, которые в 30 раз превышают уровень, который Всемирная организация здравоохранения считает безопасным.И, несмотря на усилия по борьбе с этой проблемой, 48 китайских городов по-прежнему входят в сотню самых загрязненных городов мира.

Сотрудник работает над ветровой турбиной на строительном заводе в Нанкине, Китай Фото: Цзи Хайсинь / VCG через Getty

Эти уровни загрязнения вынудили к дальнейшим действиям. В декабре 2016 года правительство Китая представило план развития возобновляемых источников энергии в качестве дополнения к своему всеобъемлющему 13-му пятилетнему плану социально-экономического развития на период 2016–2020 годов, который был опубликован ранее в том же году.Оно включало обязательство увеличить долю потребления энергии из возобновляемых источников и неископаемых видов топлива до 20% к 2030 году. Это обещание, пообещал премьер Ли Кэцян, нанесет серьезный удар по общим проблемам загрязнения воздуха и воды, возникающим в результате загрязнения окружающей среды в стране. зависимость от угля.

«Разработка дешевой солнечной и ветровой энергии для замены ископаемой энергии стала основной энергетической стратегией Китая по сокращению загрязнения воздуха», — говорит Хун Ли, исследователь, работающий над твердотельными литиевыми батареями в Ключевой лаборатории возобновляемых источников энергии в Пекине. , часть Института физики Китайской академии наук.Хун Ли, который участвует в разработке общенациональных планов по новым энергетическим технологиям, также указывает, что уровни электроэнергии, вырабатываемой из возобновляемых источников, которые варьируются в зависимости от количества солнца или ветра, могут быть менее постоянными, чем уровни от электростанций, работающих на ископаемом топливе. .

«Сложнее объединить солнечную и ветровую энергию с электросетью», чем включить угольную энергию, — говорит Хун Ли. Возобновляемая энергия «менее надежна и может сделать сеть нестабильной без наличия передовых систем управления».

Например, в 2017 году более 30% возобновляемой энергии, производимой в солнечных и ветреных провинциях Синьцзян и Ганьсу на северо-западе Китая, никогда не использовалось. Это произошло потому, что его нельзя было доставить туда, где это было необходимо: в густонаселенные мегаполисы восточного Китая, такие как Шанхай и Пекин, за тысячи километров (см. «Меньше потерь энергии»).

Источники: Министерство энергетики США / Национальное управление энергетики Китая

Это дилемма, которая заставила китайское правительство инвестировать миллиарды долларов в высоковольтные линии для передачи электроэнергии, вырабатываемой в солнечных и ветреных регионах на просторах Китая.Это включает в себя 1600-километровую линию стоимостью 22,6 миллиарда юаней (3,2 миллиарда долларов США) из Цинхая в западном Китае, строительство которой было завершено в мае. Он проходит через Ганьсу до провинции Хэнань в центре страны.

Еще один способ обеспечить доступность возобновляемой энергии при необходимости — увеличить емкость для ее хранения. «Этого можно достичь с помощью таких технологий, как батареи, гидроаккумулирующие установки и аккумуляторы тепла», — говорит Юки Ю, основатель консалтинговой компании Energy Iceberg в Гонконге.

«Батареи могут накапливать избыточную мощность, а затем высвобождать ее позже. Официальные лица и ученые в Китае начали понимать значение этого для стабилизации наших электросетей », — говорит Сяньфэн Ли, возглавляющий отдел накопления энергии в Даляньском институте химической физики (DICP).

В 2017 году Китай выпустил свой первый национальный политический документ по хранению энергии, в котором подчеркивается необходимость разработки более дешевых и безопасных аккумуляторов, способных удерживать больше энергии, для дальнейшего повышения способности страны хранить производимую электроэнергию (см. ‘).Технологии включают литий-ионные батареи — типа, используемого в электромобилях — и крупномасштабные стационарные аккумуляторные системы, интегрированные с ветровыми и солнечными источниками энергии.

Источник: China Energy Storage Alliance

В своих планах лица, определяющие политику, ясно дали понять, что ученые и инженеры страны должны разработать более эффективные технологии хранения энергии для достижения этих целей (см. «Рост зеленых исследований»).

Источник: база данных InCites, Web of Science

Город Далянь в провинции Ляонин на северо-востоке Китая с населением около семи миллионов человек является испытательным полигоном для работы Сяньфэн Ли.По его словам, зимние температуры там могут опускаться до -20 ° C, из-за чего электрическая сеть города оказывается под давлением, вызывая внезапные сильные всплески, когда жители включают отопление.

Чтобы удовлетворить эту потребность, Rongke Power, компания, выделенная из DICP, планирует в этом году открыть в Даляне хранилище энергии мощностью 400 мегаватт-часов (МВтч). Это первый этап проекта по обеспечению к 2023 году объекта мощностью 800 МВтч, в котором будут использоваться проточные ванадиевые батареи — огромные перезаряжаемые устройства, в которых жидкий электролит хранится в массивных резервуарах.Окончательная мощность должна удовлетворить около 0,5% от общего спроса на электроэнергию в Ляонине, где Далянь является вторым по величине городом.

Xianfeng Li говорит, что проект сможет обеспечить бесперебойное электроснабжение города, одновременно сохраняя и регулируя подачу энергии в сеть для всей провинции, которая получает 16,2% своей энергии из возобновляемых источников энергии. Провинции сильно различаются по тому, сколько энергии в них поступает из возобновляемых источников: например, для южной китайской провинции Цзянсу это 2,7%, а 30.1% для солнечной малонаселенной Внутренней Монголии. Среди соседей Ляонина Цзилинь получает 8% электроэнергии за счет неископаемого топлива, а Хэбэй — 9,1%.

Ванадиевые проточные батареи того типа, которые Xianfeng Li испытывает в Даляне, имеют некоторые преимущества по сравнению со стандартными литий-ионными батареями для крупномасштабных приложений, таких как электроснабжение: поскольку ванадиевый электролит хранится в резервуаре, его можно масштабировать гораздо больше. дешевле, чем дискретные литий-ионные аккумуляторы. Ванадиевые батареи также реже загораются, и их срок службы примерно в десять раз больше, чем у литий-ионных батарей.

Сяньфэн Ли говорит, что в последние годы он заметил резкое увеличение финансирования его работы по проточным батареям с ванадием, а также заинтересованность компаний в партнерстве с его командой. Он говорит, что DICP в настоящее время работает примерно с 30 компаниями, выделенными из института.

«Компании теперь заинтересованы в развитии этой технологии, потому что они знают, что правительство сосредоточено на ней, и поэтому чувствуют себя уверенно, вкладывая средства», — говорит он.

Ю говорит, что местные органы власти теперь стремятся поддержать компании в строительстве хранилищ аккумуляторов.«В то время, когда политики ищут новые способы стимулирования роста в своих регионах, промышленность по производству аккумуляторов выглядит очень многообещающей, поэтому правительства заинтересованы в поощрении такого типа инвестиций».

Пятилетний план на 2016–2020 годы также подчеркнул необходимость для исследователей продолжать разработку аккумуляторных технологий, чтобы электромобили могли двигаться дальше на одной зарядке. Самый продаваемый электромобиль в Китае, Tesla Model 3, имеет запас хода около 400 км (у большинства современных электромобилей диапазон составляет 160–600 км).

«Разработка электромобилей — еще одна важная стратегия сокращения загрязнения окружающей среды, особенно когда электричество получают из чистой энергии. Поэтому нам необходимо разработать аккумуляторную технологию для электромобилей », — говорит Хун Ли, который отмечает увеличение финансирования исследований в области хранения энергии, электромобилей и других технологий в Китае в 2012 году. догнать фундаментальные науки о хранении энергии по сравнению с ведущими лабораториями в Соединенных Штатах и ​​Европе, которые преуспели в понимании фундаментальной химии и материаловедения.Несмотря на это, говорит он, Китай более активно применяет эти знания для создания инноваций в передовых аккумуляторных системах. А масштаб исследовательской среды в стране, от университетов до промышленных групп, помог ученым в Китае достичь всестороннего понимания того, как разрабатывать материалы и устройства для реального мира.

В Китае одни из самых дешевых цен на электроэнергию в развитом мире (см. «Падение цен на электроэнергию»).Затраты устанавливаются местными органами власти и утверждаются энергетическим бюро Национальной комиссии по развитию и реформам, которая наблюдает за макроэкономической политикой. Цены сохраняются на низком уровне, чтобы стимулировать экономический рост.

Но, несмотря на это стремление, страна начала постепенно отказываться от некоторых субсидий на экологически чистые виды топлива: например, после этого года она прекратит субсидирование берегового ветра. Руководители Китая надеются, что в ближайшем будущем возобновляемые источники энергии станут экономически конкурентоспособными по сравнению с ископаемыми видами топлива.Ответ заключается в развитии более прочной инфраструктуры хранения энергии.

Хун Ли — советник китайского национального комитета по планированию развития систем хранения энергии. Вместе с инженерами и политиками комитет работает над пятилетним планом исследований и разработок, которые начнутся в следующем году. Среди прочего, это будет стимулировать ученых к разработке технологий хранения энергии для энергосистемы, которые по своей сути более безопасны, дешевле и имеют более длительный срок службы.

Исследователь солнечной энергии Сянглей Лю из Школы энергетики и энергетики Нанкинского университета аэронавтики и астронавтики говорит, что ученым в его области доступно финансирование для улучшения производства чистой энергии в Китае.«Амбициозная цель правительства по использованию более чистой энергии означает наличие большого финансирования», — говорит Лю.

Например, в прошлом году Лю выиграл грант в размере 1,3 миллиона юаней от Национального фонда естественных наук Китая, главного агентства по предоставлению грантов в стране, на повышение способности аккумулировать тепло материалов, используемых на солнечных тепловых электростанциях, которые генерируют энергию из тепла Солнца, а не из его света, как это делают фотоэлектрические панели. В пятилетнем проекте участвуют около 40 ученых из 6 академических институтов Китая.Лю также недавно начал работать с компанией Nanjing Jinhe Energy Materials, чтобы разработать материал, обладающий большой плотностью накопления энергии и высокой теплопроводностью.

И Цзинь, директор по исследованиям и разработкам Nanjing Jinhe Energy Materials, говорит, что, поскольку правительство планирует сократить субсидии компаниям, работающим с возобновляемыми источниками энергии, фирмы, управляющие экологически чистыми электростанциями, стремятся покупать или инвестировать в технологии, которые будут расти. их выпуск и снижение себестоимости продукции.

«Наша технология повышает стабильность возобновляемых источников энергии и, таким образом, снижает затраты на электростанции, делая их более эффективными», — говорит Джин.

В целом Хун Ли надеется, что государственные инвестиции и научный прогресс выиграют. «Пока мы разрабатываем правильную политику и технологии для их поддержки, — говорит он, — мы можем постепенно уменьшить нашу зависимость от угля».