что такое распределенная генерация
Распределённая энергетика. Что это такое?
Оглавление
Малая распределённая энергетика – концепция развития энергетики, обеспечивающая возможности перехода от традиционной организации энергетических систем к новым методикам и практикам. Данный переход осуществляется в условиях децентрализации, цифровизации энергетических систем, с использованием различных видов энергетических ресурсов, с целью повышения энергетической эффективности, снижения экологического влияния на окружающую среду.
Наиболее развитой составляющей распределённой энергетики в России является распределенная генерация, которая представляет собой комплектные энергообъекты мощностью до 25 МВт, расположенные рядом с потребителем.
Следует отметить, что в связи с появлением новых технологий изменился и подход в развитии энергетических систем. Объединение большого количества объектов распределённой генерации в «умную сеть» обеспечивает высокую надежность и гибкость работы системы.
В настоящее время малая распределенная энергетика является единственным действенным инструментом снижения стоимости электроэнергии для предприятий малого и среднего бизнеса. Возможность работы оборудования малой распределённой энергетики на разных видах топлива (в том числе на сжиженном газе) позволяет устанавливать такие объекты на территориях с обширной географией.
Мини-ТЭС производства Группы компаний «МКС»
Доля малой распределённой энергетики в мире
Малая распределенная энергетика вот уже несколько десятилетий является ведущим трендом развития мировой энергетики и, по оценкам экспертов, данная тенденция сохранится в ближайшее десятилетие. Navigant Research прогнозирует к 2026-му году в мире трехкратный разрыв новых вводов распределённой генерирующей мощности над централизованной. По оценкам компании SCC Research, размер глобального рынка технологий распределённой генерации в 2015-м году составил 65,8 млрд. долл. Ожидается, что в период до 2021 гг. он вырастет с 69,7 до 109,5 млрд. долл. при среднегодовом темпе роста в 9,5%.
Прогноз ввода новых мощностей централизованной и распределённой генерации в мире (МВт):
Доля малой распределённой энергетики в России
На объекты распределённой генерации на текущий момент в России приходится около 7% от общего объема выработки электроэнергии. Данный показатель ниже показателей мирового масштаба в два раза. Однако распределенная генерация как явление уже состоялась в России, и данная отрасль активно развивается.
Мини-ТЭС производства Группы компаний «МКС»
Развернутые показатели развития данной отрасли приведены в исследовании Энергетического центра Бизнес-школы Сколково «Распределенная энергетика в России – перспективы развития», выпущенном в январе 2018 года. По данным Росстата, в России в 2016 г. работало 36 тысяч электростанций мощностью не более 25 МВт, а их суммарная мощность составила 13 ГВт. Примерно 8,5 ГВт данной мощности эксплуатируется в зоне децентрализованного энергоснабжения. По сравнению с 2006 г. увеличение мощности составило около 3 ГВт. Основная часть упомянутых объектов – это ТЭС, на которые приходится 92% общей мощности (оставшиеся 8% приходятся на солнечные, ветряные и другие станции).
Также по данным Росстата по состоянию на 2017 г. совокупную мощность объектов распределённой генерации в России можно оценить величиной около 23-24 ГВт и доля мощности распределённой генерации в общем объеме выработки электроэнергии страны составляет 9-9,5%.
Данные за 2006 и 2016 гг. представлены на основании расчетов ИНЭИ РАН по данным Росстата; данные за 2017 г. – на основании расчетов McKinsey&Company.
Большая часть проектов отрасли распределённой генерации реализуется с использованием когенерации.
Факторы увеличения темпов роста и емкости рынка малой генерации
К основным факторам увеличения темпов роста и емкости рынка малой генерации в ближайшие 3 года можно отнести:
Сетевые компании устанавливают постоянно растущий тариф на передачу электроэнергии по магистральным и распределительным сетям.
Система тарифообразования ресурсоснабжения и услуг является непрозрачной и недоступной по централизованным системам энергоснабжения, наблюдается путаница в цепочке собственников сетей и их вклада в общую стоимость, сложный процесс ценообразования в централизованной розничной электроэнергетике.
Сегодня в энергетическом комплексе РФ повсеместно наблюдаются значительные сроки технологического присоединения энергопринимающих устройств к централизованным сетям энергоснабжения, высокая стоимость технологического присоединения, сложный механизм согласования и утверждения между субъектами электроэнергетики, отсутствие технической возможности подключения.
С экономическим развитием РФ с каждым годом увеличивается число новых промышленных объектов, расположенных в арктических и отдаленных территориях (Камчатский край, республика Саха (Якутия), Ямало-Ненецкий АО, Сахалинская область и др.) вдали от централизованной энергосистемы.
Мини-ТЭС производства Группы компаний «МКС»
Потенциал развития распределённой генерации в России
По данным исследования Энергетического центра Бизнес-школы «Сколково» потенциал развития распределённой когенерации может быть обусловлен следующими факторами:
По данным исследования Энергетического центра Бизнес-школы Сколково в случае, если эти мощности будут выводиться из эксплуатации без обновления, отпуск тепловой энергии от действующих ТЭЦ снизится относительно 2016 г. на 26% к 2025 г. и на 30% к 2035 г. При замещении старых мощностей ТЭЦ новыми объектами с полной загрузкой в тепловом графике их мощность может составить около 20 ГВт на горизонте уже 2025-2030 гг. В случае, если из эксплуатации будут выводиться меньшие мощности ТЭЦ, то потенциал распределённой когенерации в этом секторе пропорционально снизится.
В целом по стране данный показатель относительно 2016 г. оценивается ИНЭИ РАН величиной всего 6% к 2035 г. При этом ожидается, что при поддержке теплофикации, как наиболее эффективного способа энергоснабжения, отпуск тепловой энергии от ТЭЦ будет расти быстрее, и увеличится на 7% к 2025 г. и 26% к 2035 г. В случае, если весь прирост спроса новых потребителей на тепловую энергию от ТЭЦ будет обеспечиваться только объектами распределённой когенерации, то их электрическая мощность может составить около 18 ГВт к 2035 г.
По оценке ИНЭИ РАН данные объекты могут, как минимум, полностью закрыть оставшуюся прогнозную потребность в дополнительных генерирующих мощностях. При этом годовая выработка тепловой энергии на котельных сократится, а электрическая мощность новых объектов распределённой когенерации может составить при этом около 30 ГВт к 2035 г.
Анализ факторов, обуславливающих потенциал распределённой когенерации, представлен на основании данных ИНЭИ РАН:
Объекты распределённой генерации малой мощности (до 25 МВт) относятся к объектам собственной генерации, строительство которых осуществляется также сторонними инвесторами для получения прибыли на рынках электрической и тепловой энергии.
В исследовании Энергетического центра Бизнес-школы Сколково на основании данных Росстата, СО ЕЭС и McKinsey&Company представлена динамика мощности собственной генерации в 2015-2035 гг.
Экстраполяция сложившихся за последние 10 лет в этом сегменте трендов позволяет сделать предположение о вводе дополнительно как минимум 12 ГВт к 2035 г. (малая и средняя генерация), а высоком сценарии – до 32 ГВт (малая, средняя и крупная генерация).
Технологии распределённой генерации
Множество технологий распределённой генерации энергии охватывает установки мощностью до 25 МВт, включая нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (ВИЭ). Наиболее известными и изученными среди них являются следующие технологии:
Кроме перечисленных технологий и установок перспективными представляются также микротурбины, двигатели стирлинга, роторно-лопастные двигатели, накопители энергии (химические, инерционные, гравитационные и др.), чиллеры (аппарат для охлаждения воздуха) и т.п.
Другим перспективным направлением распределённой генерации является использование попутного нефтяного газа (ПНГ) на предприятиях нефтегазовой отрасли.
Возобновляемая энергетика
Автономная гибридная энергоустановка 
Ветряная электростанция
У возобновляемой энергетики есть как свои преимущества, так и недостатки.
Газовая распределенная генерация – наиболее эффективная технология малой энергетики
На сегодняшний день отрасль малой генерации, основанная на использовании мобильных и высокоэффективных газопоршневых установок, является современным, эффективным и высокорентабельным видом энергетического бизнеса, стремительно набирающим популярность в последние годы.
Мини-ТЭС производства Группы компаний «МКС»
Мировыми предпосылками развития газовой генерации являются:
Природный газ является самым доступным и эффективным видом топлива в перспективе на ближайшие 30-40 лет.
Уголь является дорогим и неэкологическим видом топлива. В частности, это подтверждается в последнее время переводом крупных электростанций на газовое топливоснабжение.
Атомная энергетика является дорогим видом выработки электроэнергии с высокой долей технологического риска. Данный факт подтверждается сворачивание или уменьшением доли ядерной выработки в энергетических проектах в России и мире.
Тепловая малая генерация на базе ГПУ является высокоэффективным способом выработки электроэнергии, позволяющим получать попутные виды энергии (тепловая энергия и холод).
Оборудование малой распределённой генерации. ГПУ
Газопоршневые установки (ГПУ) представляют собой двигатель внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием и искровым зажигание горючей смеси в камере сгорания. ГПУ использует в качестве топлива газ. Утилизация тепла происходит посредством теплообменника, что обеспечивает повышение общего КПД установки.
Что дает малая энергетика потребителю
На вопрос, что дает малая энергетика потребителю и какие мотивы движут теми, кто строит объекты распределённой генерации, можно ответить коротко – снижение тарифа на энергоресурсы. Но, конечно, не только это. Самое главное – размещение объекта генерации возле потребителя, за счет чего потребитель экономит на транспорте энергии, электрической и тепловой, снижая стоимость конечного продукта. Есть и другие важные моменты, например, повышение надежности электроснабжения.
Мини-ТЭС производства Группы компаний «МКС»
Безусловно, для строительства собственной мини-ТЭС, нужны инвестиции. Однако объем вложений разнится в зависимости от мощности электростанции и вариантов ее реализации. Стоимость одного киловатта можно оценить в диапазоне от 500 до 650 евро. Это значительно ниже, чем стоимость больших объектов энергетики (ГРЭС, ТЭЦ). А значит, и срок окупаемости более интересный – 3-4 года. Попутно также продается тепло – весомая составляющая в экономике. С учетом снижения его стоимости срок окупаемости будет еще меньше.
При этом важно понимать: малая энергетика – не против большой. Они практически не конкурируют. Все зависит от задачи. Это как в авиации: есть самолеты большие – боинги, двухэтажные лайнеры А380. Есть самолеты маленькие, буквально на 12-15 человек. Если у нас задача доставить быстро пассажиров из Москвы в Санкт-Петербург, конечно, нет смысла отправлять огромный самолет, он не окупится, не будет загружен полностью. А малая авиация с этим успешно справится. С другой стороны, перелеты через океан ей уже не под силу. Также и в энергетической отрасли: большая энергетика решает задачу энергоснабжения экономики всей страны, малая распределенная – отдельных объектов.
При подготовке материала использовались открытые данные исследования Энергетического центра Московской школы управления СКОЛКОВО «Распределенная энергетика в России: потенциал развития», 2018 г.
Internet of Energy: как распределенная энергетика повлияет на безопасность, цены на электричество и экологию
В последнее время в прессе часто возникают сюжеты, в которых обсуждается майнинг криптовалюты в качестве нового и пока еще весьма экзотического способа загрузки избыточных мощностей российских электростанций. Причина проста — плата за электроэнергию в этом процессе составляют существенную долю затрат, а у нас довольно большое число электростанций сейчас остается незагруженными. В целом по стране профицит мощностей оценивается в 20-30 ГВт, что стало результатом излишне оптимистичных прогнозов роста спроса на электроэнергию и последовавшего сооружения новых энергоблоков. В Генеральной схеме размещения объектов электроэнергетики до 2020 года, одобренной Правительством в самом начале 2008 года, закладывался среднегодовой темп роста спроса на электроэнергию от 4,3% в базовом варианте до 5,6% в максимальном варианте прогноза. Фактически за этот период спрос рос гораздо медленнее — в среднем менее 1% в год. При этом за период с 2007 по 2014 годы было построено чуть более 30 ГВт новых мощностей.
Казалось бы, вопрос о сооружении новых электростанций еще долгое время будет оставаться неактуальным — ведь бурное строительство новых блоков в последние 10 лет должно было создать достаточный резерв на многие годы вперед. Однако, к сожалению, нельзя решить проблему обеспечения электроэнергией раз и навсегда — оборудование изнашивается и в какой-то момент требует замены, а спрос, несмотря на все меры повышения энергоэффективности, все-таки имеет тенденцию к росту. Если оценивать темпы роста спроса гораздо более осторожно, чтобы избежать повторения ситуации десятилетней давности и учесть текущую экономическую ситуацию в стране и в мире, все равно виден хоть и очень умеренный, но все-таки рост электропотребления — согласно анализу Института Энергетических Исследований (ИНЭИ) РАН в период с 2016 по 2035 годы он составит в среднем 0,9-1,2% в год. А это означает, что существующий профицит генерирующих мощностей может быть исчерпан на горизонте 2023 — 2027 гг. Это, прежде всего, обусловлено возрастной структурой и состоянием эксплуатируемого генерирующего оборудования, а также динамикой рынка мощности и реакцией на нее генерирующих компаний.
Большинство действующих мощностей российских тепловых электростанций были введены достаточно давно. Средний возраст турбинного оборудования в последние годы оставался стабильным — около 32 лет в среднем по тепловым электростанциям (ТЭС) — во многом благодаря резкому увеличению инвестиционной активности и интенсивным вводам мощности на ТЭС за счет реализации договоров о предоставлении мощности (ДПМ). При этом после завершения проектов ДПМ в ближайшие 2-3 года и без обновления действующих мощностей, средний возраст оборудования снова начнет последовательно расти и к 2025 году перешагнет 40 лет, а для угольных электростанций приблизится к 45 годам. Это значит, что при загрузке оборудования в 60-70% каждый киловатт мощности «в среднем» наработает уже 200-250 тысяч часов, то есть, как минимум, достигнет паркового ресурса эксплуатации. Однако для значительной части мощностей, введенных в 60-80 годах XX века, наработка достигнет 350-400 часов, то есть приблизится к предельному индивидуальному эксплуатационному ресурсу. Кроме естественного уменьшения надежности такого оборудования, очевиден и моральный износ — эти электростанции сооружались в соответствии с требованиями к энергетической и экологической эффективности полувековой давности и требуют достаточно высоких затрат на поддержание нормальной эксплуатации.
По оценкам экспертов по итогам завершенного в сентябре конкурентного отбора мощности (КОМ), цена на 2021 год не покрывает затраты на мощность для около 25 ГВт тепловых электростанций. Генерирующие компании отвечают предложениями по выводу старых / убыточных мощностей из эксплуатации — так, согласно заявлению Председателя Наблюдательного совета Ассоциации «Совет производителей энергии» Александры Паниной, объем выводов мощности, заявленных участниками в КОМ 2021, составил порядка 4,4 ГВт. Учитывая данную тенденцию и темпы естественного старения и выбытия оборудования, даже в случае реализации всех заявленных в настоящий момент планов по сооружению в России новых атомных станций, гидроэлектростанций и крупных объектов солнечной / ветровой генерации (конкурсный отбор проектов общей мощностью 5,5 ГВт до 2024 года), дефицит мощностей в централизованной системе электроснабжения РФ на горизонте 2030 году составит около 55 ГВт, а к 2035 году вырастет до 65 ГВт. Так что делать новые инвестиции все равно придется, вопрос — какие именно?
Может показаться, что речь идет о каких-то очень отдаленных временах — но нужно помнить, что сроки реализации проектов подобного масштаба в данной отрасли довольно длинные, а принятые решения определят облик электроэнергетики на долгие годы, поскольку построенные электростанции будут эксплуатироваться десятилетиями. Поэтому всерьез задуматься о доступных вариантах развития электроэнергетики страны нужно уже сегодня, не дожидаясь наступления очередного «креста Чубайса» и реагирования на него в авральном режиме.
Варианты развития электроэнергетики
Базовый вариант развития отрасли описан в утвержденной Правительством страны в июне текущего года Генеральной схеме размещения объектов электроэнергетики до 2035 года. По сути, в рамках данного варианта предполагается продолжение последовательного развития энергосистемы России в текущей парадигме — структура энергобаланса в течение следующих 20 лет остается практически неизменной, а возникающий дефицит мощностей традиционно закрывается проектами модернизации действующих электростанций или их заменой новыми крупными блоками.
В России запуск программ ценозависимого управления спросом начался для крупных потребителей, но пока в них участвует только одна компания — РУСАЛ. При этом по оценкам Энергетического центра бизнес-школы СКОЛКОВО потенциал программ управления спросом в России в случае их более массового распространения составляет 6-10 ГВт для первой ценовой зоны и 2-3 ГВт для второй ценовой зоны. В совокупности это очень значительный объем, для покрытия которого в менее плотном графике нагрузки потребуется более 30 типовых парогазовых энергоблоков мощностью 400 МВт. Весьма велик и потенциал «обычного» энергосбережения — замена энергопотребляющего оборудования более эффективным, сокращение потерь электроэнергии при передаче и потреблении. В 2010 году Правительством Российской Федерации потенциал повышения энергетической эффективности в конечном потреблении электроэнергии оценивался в 30% от конечного потребления электроэнергии. И даже если этот потенциал завышен, а часть реалистичного потенциала уже реализована, то все равно остается значительный ресурс сокращения потребления электроэнергии.
Преимущества распределенной энергетики довольно разносторонние — их анализ, в частности, был приведен в экспертно-аналитическом докладе фонда «Центр стратегических разработок» по теме «Цифровой переход в электроэнергетике России». Потребители нередко выбирают ее, как более предпочтительный по совокупности показателей надежности, качества и стоимости способ энергоснабжения по сравнению с поставками из распределительной сети (но обычно сохраняя последний в качестве «запасного» варианта). Самостоятельно инвестируя в распределенную энергетику, потребители, очевидно, снижают затраты на развитие сетевого комплекса и крупной генерации, снижают риски омертвления инвестиций за счет более гибкой инвестиционной модели реагирования на изменение динамики и размещения спроса, так как новые мощности добавляются более мелкими приращениями. Эти эффекты дополнительно усиливаются при сдерживании роста потребности в мощности комплексом мер по управлению спросом и децентрализованным энергообменом на основе распределенных источников энергии, что также позволяет отказаться или отложить проекты по сооружению новых мощностей и/или сетевой инфраструктуры большой энергетики.
Интернет энергии
Распределенная энергетика сопоставима по своей энергоэффективности (к.п.д) с крупными электростанциями, но из-за близости к потребителю характеризуется более низким уровнем сетевых потерь при распределении электроэнергии. Она также может обеспечить выполнение более высоких требований потребителей по доступности и качеству энергии, надежности энергоснабжения. Распределенность источников энергоснабжения также является важным фактором повышения энергетической безопасности, поскольку снижает риски тотальных блэкаутов и позволяет более быстро восстанавливать энергоснабжение потребителей после, например, природных катаклизмов, катастроф или кибератак. В этом смысле развитие распределенных источников энергоснабжения, как нового формата энергетической инфраструктуры, можно сравнить с развитием информационной инфраструктуры на основе систем распределенного хранения и обработки данных, превратившейся в итоге во Всемирную паутину. Все чаще новый подход к организации энергетических систем называют Интернетом энергии (Internet of Energy).
При сочетании распределенной энергетики с современными средствами управления активами, интеллектуализацией сетевой инфраструктуры, развитием потребительских сервисов может привести к значительным экономическим эффектам, в т.ч. приводящим к ограничению роста цен на электрическую энергию в долгосрочной перспективе. Помимо энергетических эффектов, развитие производственных мощностей и компетенций в области распределенной энергетики стимулирует развитие технологий управления, оборудования и сервиса, обеспечивающих их максимально эффективное использование в контуре энергосистемы и энергетического рынка, создает технологическую основу для массового появления ключевых элементов интеллектуальной энергетики — активных потребителей, а также создает возможности для выхода на масштабный глобальный рынок.
Поскольку значительную долю новых локальных мощностей в мире составляет микрогенерация на основе возобновляемых источников энергии (прежде всего это кровельные солнечные панели, все чаще — в комбинации с накопителями), либо более экологически эффективные мини-когенерационные установки, распределенная энергетика также является важным механизмом для сокращения выбросов парниковых газов и достижения мировых целей по борьбе с изменением климата. Потенциал этого механизма также может стать заметной частью усилий России в раках глобальной экологической кооперации, в том числе в рамках Парижских соглашений.
Безусловно, Россия имеет очень специфические особенности как территориального и климатического характера, так и исторически сложившейся структуры электроэнергетики. И прямое бездумное копирование зарубежных подходов может стать губительным для надежной и слаженной работы единой энергосистемы страны, создававшейся десятилетиями. Погоня за наращиванием доли распределенной энергетики в энергобалансе без четкого понимания преследуемых целей и получаемых эффектов может привести к нарушению нормальных режимов функционирования оборудования и сетей, переносу бремени по финансированию существующей централизованной инфраструктуры на более узкий состав потребителей и росту удельной стоимости киловатт часа для каждого из нас. Но и полное игнорирование этого глобального тренда чревато не только еще одним шагом в сторону технологического отставания, но и очередным раундом значительных вложений в модернизацию существующих и сооружение новых крупных энергоблоков — с риском повторного омертвления инвестиций и возложения избыточного финансового бремени на потребителей.
В результате как перед обществом в целом, так и перед более узким экспертным кругом встает очень интересная и актуальная, с точки зрения времени, задача — попробовать найти для российской электроэнергетики новый, комбинированный по своей структуре, сценарий развития, сочетающий традиционную централизованную модель с развитием распределенных энергоресурсов и, с одной стороны, учитывающий специфику страны, а с другой — позволяющий нам успешно интегрироваться и извлечь выгоды из общемировых тенденций для потребителей и экономики страны в целом, создав еще один центр спроса на инновации в электроэнергетике. Сценарий загрузки избыточной мощности майнингом криптовалюты, безусловно, интересен своей новизной, но, очевидно, такой прорыв обеспечить не сможет.