Российская энергетика на пути модернизации

В 1920 году в Советской России был утвержден план ГОЭЛРО, в рамках которого создавалась основа нынешней Единой энергосистемы (ЕЭС) России. В течение 60 лет в стране возводились все более крупные ТЭС, ГЭС, а затем и АЭС, развивались сетевые связи, создающие единство энергосистемы. Централизованная энергетика создала основу для бурного промышленного развития в XX веке.

После распада СССР в российской экономике наступили сложные времена, под ударом оказался в том числе и энергетический сектор: на протяжении почти 20 лет бесперебойность энергоснабжения в рамках ЕЭС обеспечивалась мощностями, построенными еще в советское время. К середине 2000-х уровень морального и физического износа энергооборудования в стране стал критическим, власти запустили программу приватизации энергетики. Частные и госкомпании смогли выкупить мощности у расформировываемого РАО «ЕЭС России» под обязательства строительства современной генерации. В итоге в 2010-х годах в России было введено 30 ГВт эффективных мощностей (на долю предшественницы «Юнипро» – компании «Э.Он Россия» – пришлось 2,4 ГВт), прежде всего, парогазовых блоков (ПГУ). В рамках программы ДПМ (договоров предоставления мощности) использовались импортные газовые турбины.

История российской энергетики

В 2019 году Правительство РФ запустило вторую программу ДПМ, цель которой – глубокое обновление еще более 40 ГВт генмощностей (примерно 1/6 установленной мощности ЕЭС) к началу 2030-х годов. Одно из ключевых направлений программы модернизации – «апгрейд» паросиловых блоков до парогазовых за счет «надстройки» газовой турбиной. Парогаз – более современная технология, получившая развитие в период позднего СССР и способная повысить КПД генблока в 1,5 раза, свыше 60%. В России такие турбины никогда не выпускались: разработка, трансфер импортных технологий и создание независимого производства этого оборудования происходит только сейчас.

Юнипро является одним из ключевых участников программы модернизации. По итогам конкурсных отборов на 2022–2025 годы (срок возвращения генерации на рынок после обновления) компания уже получила право модернизировать в рамках программы с гарантированной доходностью 2,49 ГВт мощностей (19,7% от всего объема отборов, составившего 12,634 ГВт). Юнипро намерено и дальше принимать активное участие в программе ДПМ на модернизацию, которая продлится до 2031 года, а также самостоятельно обновлять фонды для повышения экономической эффективности и экологичности своей генерации.

«Озеленение» энергетики и развитие ВИЭ

Переход к «зеленой» энергетике и декларируемый развитыми странами переход к «углеродной нейтральности» (нулевой эмиссии парниковых газов с учетом поглощающей способности лесов) в середине этого века являются наиболее ярким и очевидным трендом в мировой энергетике.

Власти большинства развитых стран (за исключением США в период президентства Дональда Трампа) придерживаются теории глобального потепления. В природе парниковые газы (СО2, метан, оксид азота) также выделяются, но они не скапливаются в атмосфере, а поглощаются лесами и водами Мирового океана. Теория глобального потепления сводится к тому, что деятельность человека, особенно в последнее столетие, приводит к выбросу в атмосферу избыточного количества углекислого газа. Согласно научным данным в XXI веке, природа способна «переварить» лишь 57% СО2, ежегодно генерируемого на планете. Остальные 43% остаются в атмосфере: такая смесь проводит больше солнечного тепла, чем чистый воздух. Проблему потепления усугубляет вырубка лесов и рост промышленности в развивающихся странах. В перспективе это может обернуться катастрофой, считает часть ученых: по мере нагревания планеты будет таять вечная мерзлота, что может привести к выбросу огромных объемов парниковых газов, «замороженных» сейчас в том числе в недрах севера Сибири и Дальнего Востока. Впрочем, стоит оговориться, что в последние годы теория глобального потепления подвергается критике со стороны ряда ученых. Оппоненты полагают, что текущее потепление на Земле носит циклический характер и не зависит от деятельности человека.

Власти Евросоюза и ряда других стран, прежде всего, экспортирующих углеводороды, исходят из доказанности глобального потепления и стремятся к «озеленению» и повышению энергонезависимости своих экономик. Отказ от традиционных источников энергии и переход на ВИЭ, а также минимизация промышленных, автомобильных, сельскохозяйственных и иных выбросов в атмосферу должны сделать Европу «климатически нейтральной» уже к 2050 году. Власти ЕС рассчитывают, что к этому времени 80% выработки будет приходиться на ВИЭ.

На фоне сокращения спроса в период пандемии доля «зеленых» станций в производстве электроэнергии в Германии в первом полугодии впервые превысила 50%. В России движение в сторону «озеленения» пока только начинается. По оценкам властей, к 2025 году доля ВИЭ в ЕЭС достигнет 2,4% (почти 6 ГВт) против 0,6% (1,4 ГВт) в 2019 году. В ближайшие десятилетия топливная генерация, очевидно, будет оставаться основной базой российской энергосистемы.

На пути к «зеленой» энергетике страны сталкиваются с двумя ключевыми проблемами. Первая – цена выработки в пересчете на 1 кВт•ч на ВЭС и СЭС. Пока она остается выше стоимости выработки ТЭС, но разрыв постепенно сокращается. Российские регуляторы ожидают выхода на «паритет цен» традиционной и ВИЭ-генерации в конце 2020-х годов.

Вторая проблема более глобальна и носит технологический характер. Стабильная энергосистема невозможна без традиционных генмощностей, балансирующих ее работу, так как ВЭС, СЭС и даже ГЭС не способны гарантировать постоянную выработку, так как зависят от непредсказуемой погоды (ветра, солнца или приточности воды). В крупных энергосистемах регулирующими мощностями обычно становятся парогазовые блоки с высоким КПД, которые оперативно включаются в работу по мере спада выработки «зелеными» мощностями. Именно поэтому та же Германия, стремящаяся к углеродной нейтральности, выводит угольные блоки и строит парогазовые наряду с большим объемом ВИЭ-станций. Таким образом, в крупных энергосистемах отказаться от топливной энергетики полностью пока невозможно. Регуляторы надеются в первую очередь на развитие технологий, в частности накопителей энергии, которые в перспективе смогут заменить «страхующую» традиционную генерацию.

Накопители и комбинированная распредгенерация

Сейчас 99% (160,3 ГВт) мировых мощностей по хранению энергии составляют гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС). Упрощенно принцип работы этих накопителей выглядит так: в периоды низкого спроса на электроэнергию (дешевых цен, обычно ночью) вода закачивается в огромные бассейны выше машинного зала, а в период пикового спроса (высоких цен) сбрасывается через гидроагрегаты. Технология не нова, но позволяет решать проблему сглаживания пиков потребления.

Наиболее перспективными технологическими решениями в сегменте накопителей являются аккумуляторные батареи, где пока доминируют литий-ионные системы. Применение новых материалов и решений позволяет постепенно снижать стоимость хранения, но пока они оказываются конкурентными в ограниченном числе энергопроектов. Сейчас накопители используются преимущественно в секторе распределенной генерации: система включает «зеленый» генератор (ВЭС или СЭС), дизель-генератор и/или накопитель. При благоприятных погодных условиях ВЭС (СЭС) выдают часть энергии в сеть, а часть направляют в накопитель.

В период, когда «зеленая» выработка невозможна, потребители выбирают электричество из батареи либо получают его от дизель-генератора. Подобные проекты все более востребованы и экономически эффективны на труднодоступных и изолированных территориях России: стоимость доставки топлива сюда оказывается выше расходов на комбинированную установку, которая, например, на Дальнем Востоке, позволяет сократить топливные затраты наполовину.

Без систем хранения энергии развитие ВИЭ-генерации было бы еще более проблематичным. Один из крупнейших накопителей в мире (на 100 МВт•ч) был построен в Австралии Илоном Маском за рекордные 100 дней. Гигантский накопитель понадобился после того, как австралийцы, увлекшись строительством ВИЭ, пережили несколько масштабных блэкаутов в пасмурные и безветренные дни на территории с населением 1,7 млн человек.

100дней

В заключение стоит отметить, что развитие «зеленой» энергетики, несмотря на название, не снимает всех экологических вопросов, а подчас и ставит новые. Так, в ближайшей перспективе на глобальном уровне необходимо будет решать задачу утилизации (переработки) солнечных панелей и аккумуляторов, содержащих потенциально опасные химические соединения и производящихся сейчас в огромном количестве.

Водородная энергетика

Крупнейшие энергокомпании мира в последние годы обращают все более пристальное внимание на еще один вид альтернативной генерации – водородную энергетику. Водород является наиболее распространенным элементом на поверхности Земли и в космосе, теплота его сгорания наиболее высока, а продуктом сгорания в кислороде является вода, которая вновь вводится в оборот водородной энергетики. Сейчас в мире освоено несколько промышленных способов получения водорода (газификация угля, паровая конверсия природного газа (метана), электролиз воды и т. д.), и технологии продолжают совершенствоваться.

Промышленное использование водорода при создании топливных элементов получило широкое распространение в конце 2000-х годов: технологии постепенно становятся рентабельными во все большем количестве сегментов энергорынка.

В ряде стран, прежде всего промышленно развитых, водородную энергетику относят к приоритетным направлениям развития: программы господдержки в течение многих лет и даже десятилетий действуют в Японии, США, Германии, Великобритании, Южной Корее, их постепенно догоняет Китай.

В июле 2020 года Евросоюз принял стратегию внедрения возобновляемого водорода. Она предполагает дополнение интегрированной энергетической системы массовым промышленным производством возобновляемого водорода. Он может служить источником энергии там, где использование электричества затруднено. В перспективе он будет производиться в основном с использованием энергии ветра и солнца. К 2025 году в ЕС планируется развернуть сеть водородных электролизеров как минимум на 6 ГВт и производить до 1 млн тонн возобновляемого водорода. В 2025–2030 годах водород должен стать неотъемлемой частью интегрированной энергосистемы Европы, в которой мощности по электролизу возобновляемого водорода составят минимум 40 ГВт.

Одновременно 11 газотранспортных операторов из девяти стран ЕС представили план развития панъевропейской инфраструктуры транспорта газа, большую часть из которой планируется создать на базе существующих газопроводов. Компании рассчитывают, что с середины 2020-х годов постепенно начнет появляться сеть, которая оформится к 2030 году в первоначальную систему из 6,8 тысячи км газопроводов, соединяющую кластеры потребления H2 – «водородные долины». Как ожидают европейские газовики, к 2040 году протяженность сети вырастет до 23 тысяч км, из которых 75% будет обеспечено конверсией метановых труб и 25% построено с нуля.

В конечном итоге существующая газотранспортная сеть должна превратиться в две параллельных сети: для водорода и для метана (в том числе биометана). Создание озвученной водородной сети операторы оценивают в 27–64 млрд евро.

План развития панъевропейской газотранспортной сети

2030 год 6,8 тыс. км газопроводов

2040 год 23 тыс. км газопроводов

Цифровизация

Еще один общепризнанный тренд мировой энергетики – цифровизация, которая становится синонимом конкурентоспособности и обязательным условием для попадания на энергорынки будущего. Тренд подразумевает не просто разрозненное использование цифровых технологий в привычных бизнес-процессах, а новую форму ведения деятельности и модели управления, принципиально отличающиеся от традиционных подходов. Внедрение новых технологий в процесс производства и поставки электроэнергии потребителям позволяет снижать операционные расходы и существенно повышать производительность труда, автоматизировать процесс управления, внедрять риск-ориентированный подход. Последний предполагает постепенный переход к предиктивной аналитике, когда оборудование выводится в ремонт на основе реальных оперативных данных о его состоянии, а не исходя из нормативных сроков. Такой подход позволяет отказаться от неочевидных ремонтов, сократить расходы, повысить эффективность и надежность работы оборудования.

Сейчас в электроэнергетике все большее распространение получают «компьютерное зрение» и системы поддержки принятия решений. Эти технологии позволят существенно изменить бизнес-процессы внутри отрасли. Они создают базу для перехода к контрактам жизненного цикла, когда оборудование становится объектом сервиса. В перспективе энергокомпании должны перестать оперировать огромными цифрами капзатрат и перейти к конкуренции моделями управления, обеспечивающими взрывной рост производительности труда.

Цифровизация позволяет:

Снижать
операционные
расходы

Повышать
производительность
труда

Автоматизировать
процесс
управления

Внедрять риск-
ориентированный
подход

Повысить
эффективность
и надёжность
оборудования