CC BY
67Энергетика России на основе ВИЭ
Бутузов Виталий Анатольевич
д.т.н, Кубанский государственный аграрный университет им. И. Т. Трубилина [email protected]
Аннотация
Представлены данные Всемирного сообщества возобновляемой энергетики 21-го века REN211 и Института экологических технологий АЕЕ ЮТЕС (Австрия), Международной ассоциации гидроэнергетики. В 2021 году в электрогенерации на основе ВИЭ отмечено лидерство гидроэнергетики (1360 ГВт, 4250 ТВт-ч/год); на втором месте ветроэнергетика (845 ГВт, 1980 ТВт-ч/год); далее солнечная энергетика (942 ГВт, 1138 ТВт-ч/год); биоэнергетика (143 ГВт, 602 ТВт-ч/год); геотермальная энергетика (16 ГВт, 105 ТВт-ч/год). В теп-логенерации на основе ВИЭ на первом месте энергия биомассы (3892 ТВт-ч/год); солнечное теплоснабжение (522 ГВт, 425 ТВт-ч/год); геотермальное теплоснабжение (108 ГВт, 284 ТВт-ч/год). В России на 01.01.2022 г. установленная мощность и выработка электрической энергии для всех электростанций страны составляли соответственно: 246,6 ГВт (100%) и 1114,5 ТВт-ч/год (100%); в том числе ГЭС - 50 ГВт (20,26%) и 209,52 ТВт-ч/год (18,8%), СЭС - 1,96 ГВт (0,8%) и 2,25 ТВт-ч/год (0,2%); ВЭС - 2,035 ГВт (0,83%) и 3,62 ТВт-ч/год (0,35%). Общая установленная мощность возобновляемой энергетики (ВЭ) РФ составила 54 ГВт (20,9%), выработка электрической энергии — 210,76 ТВт-ч/год (20,1%) при выработке в 2021 г. всеми электростанциями России 1047 ТВт-ч/год (100%). Описано состояние российского рынка ВЭ, роль правительства в его формировании и регулировании. Представлены результаты деятельности в 2021 г. малой гидроэнергетики (1220 МВт), солнечного теплоснабжения (70 МВт), геотермальной энергетики (электрогенерации — 84 МВт, 428 тыс. МВт-ч/год; теплогенерации — 110 МВт, 280 тыс. МВт-ч/год), БиоЭС — 65,2 ГВт-ч/год, биотеплогенерации — 29,8 ТВт-ч/год.
Ключевые слова
Гидроэнергетика, солнечная энергетика, биоэнергетика, геотермальная энергетика, био-теплогенерация, солнечное теплоснабжение, геотермальное теплоснабжение, Системный оператор ЕЭС РФ, розничный рынок возобновляемой энергетики, микрогенерация, СЭС, ВЭС, ветродизельные станции (ВДС), малые ГЭС (МГЭС), ГеоЭС, тепловые насосы.
1 REN21 - Renewable Energy Policy Network for the 21st Century. - Прим. ред.
Введение
Развитие возобновляемой энергетики является одним из ведущих трендов мировой энергетики. В области электрогенерации ее развитие в 2021 г. поданным Всемирного сообщества возобновляемой энергетики 21 века (REN21) (www.ren21.net), Института экологических технологий АЕЕ INTEC (www.aee-intec.at), Международной ассоциации гидроэнергетики (www. hydropower.org) на рис. 1 представлены значения установленной мощности и выработанной электрической энергии гидроэнергетики, ветроэнергетики, фотоэнергетики, биоэнергетики и геотермальной энергетики. В электрогенерации на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ) наибольшее значение имеет гидроэнергетика: установленная мощность 1360 ГВт, годовая выработка — 4250 ТВт-ч/год. Для ветроэнергетики эти значения составляют соответственно 845 ГВт и 1980 ТВт-ч/год, для солнечной энергетики — 942 ГВт и 1138 ТВт-ч/год, для биоэнергетики выработка электрической энергии составила 143 ГВт и 602 ТВт-ч/год, для геотермальной энергетики при установленной мощности 16 ГВт, годовая выработка 105 ТВт-ч/год. В области теплоснабжения по данным тех же организаций на рис. 2 представлены значения установленной мощности и выработанной тепловой энергии в 2021 г. с использованием энергии биомассы, солнечной и геотермальной энергии. Наибольшим количеством тепловой энергии отличается теплогенерация на основе энергии биомассы — 3892 ТВт-ч/год. Установленные мощности и выработки тепловой энергии солнечного теплоснабжения составили 522 ГВт и 425 ТВт-ч/год, геотермального теплоснабжения: 108 ГВт и 284 ТВт-ч.
Гидроэнергетика Ветроэнергетика Фотоэнергетика Биоэнергетика Геотермальная
энергетика
Рис. 1. Установленные мощности и выработка электрической энергии в мире на основе ВИЭ в 2021 г.
4500
3892 ТВтч
4000
2500
2000
1000
1500
3000
3500
500
О
284 ТВтч
Энергия биомассы
Солнечная энергия
Геотермальная энергия
Рис. 2. Установленные мощности и выработка тепловой энергии в мире на основе ВИЭ в 2021 г.
Развитие ВЭ в России осуществляется на основании закона № 35-ФЗ «Об электроэнергетике», поправки в который с 2007 г. до 2021 г. регламентируют сооружение ветроэлектростанций (ВЭС), солнечных электростанций (СЭС), малых гидроэлектростанций (МГЭС) и других видов ВЭ. Статистика установленных мощностей и выработанной электрической энергии электростанциями России в 2021 г. представлена в отчете функционирования Системного оператора Единой энергетической системы России (АО «СО ЕЭС», www.so-ups.ru). На 01.01.2022 г. суммарная установленная мощность всех электростанций страны составляла 246,6 ГВт (100%), в том числе гидроэлектростанций (ГЭС) — 50 ГВт (20,26%), солнечных электростанций — 1,96 ГВт (0,8%); ветроэлектростанций — 2,035 ГВт (0,83%). Таким образом, ВЭ РФ имела общую установленную мощность — 54 ГВт или 20,9% от суммарной мощности всех электростанций страны. При общей выработке всеми электростанциями за 2021 год 1114,5 ТВт-ч (100%) ВЭ было произведено 213,8 ТВт-ч (19,2%), в том числе ГЭС - 209,52 ТВт-ч, (18,8%), СЭС 2,25 ТВт-ч (0,2%), ВЭС-2,035 ТВт-ч (0,83%). На рис. 3 представлены значения установленных мощностей и выработанной за 2021 г. электрической энергии ГЭС, СЭС и ВЭС. Официальная статистика по установленной мощности теплогенераторов с использованием ВИЭ и выработанной ими тепловой энергии в 2021 г. в России отсутствует. В 2021 г. изменился критерий отнесения ГЭС к малым гидроэлектростанциям. Постановлением Правительства РФ от 01.06.2021 г. № 1446-Р это значение увеличено до 50 МВт установленной мощности.
250
209,5 ТВт-ч/год
200
100
150
50
О
50 ГВт
I
1,96 ГВт 2'25 ТВт'4
2,035 ГВт 3,62 ТВт-ч
ГЭС
СЭС
ВЭС
Рис. 3. Установленные мощности и выработка электрической энергии в 2021 г. возобновляемой энергетикой России по данным АО «СО ЕЭС».
Рынок возобновляемой энергетики
Современный рынок ВЭ создавался с 2007 г. внесением изменений в закон № 35-ФЗ от 26.03.2003 г. «Об электроэнергетике». Постановлением Правительства РФ № 47 от 23.01.2015 г. был определен действовавший до 2021 г. порядок поддержки ВЭ на оптовом и розничном рынках электроэнергии, а также в территориально изолированных энергорайонах (План «ДПМ-ВИЭ-1,0»)2. Этим Постановлением АТС3 было поручено определять на конкурсной основе Инвесторов на оптовом рынке по следующим критериям — кап-затратам на 1 кВт, проценту локализации производства и коэффициенту использования установленной мощности (КИУМ). Правительство обязало региональные сетевые компании закупать электроэнергию ВЭ для компенсации до 5% прогнозируемых потерь в электрических сетях. С победителями конкурса заключались договора с гарантией рентабельности 12% и с выгодными тарифами на вырабатываемую энергию.
В2021 г. распоряжением Правительства РФ № 1446-Р от01.06.2021 г. были внесены новые изменения в закон № 35-ФЗ от 26.03.2003 г. «Об электроэнергетике» с утверждением нового плана «ДПМ-ВИЭ-2,0». Его срок увеличен до 2035 г., а мощность электрогенерации с использованием ветровой, солнечной и малой гидравлической энергии должна возрасти до 12 ГВт. Новым критерием стал показатель эффективности электростанции4 вместо ранее действовавших удельных капвложений на 1 кВт мощности. Требования ДПМ-ВИЭ-2,0 предусматривают также возможность изменения установленной мощ-
- Программа стимулирования развития ВЭ ? Администратор торговой системы (www.atsenergo.ru)
4 Отношение требуемой суммы годовой выручки от продажи электроэнергии и мощности на оптовом рынке к плановой стоимости годового производства электроэнергии
ности при проектировании, ужесточение требований по изменению местонахождения.
На розничном рынке электрической энергии для регулирования ВЭ Постановлением правительства РФ № 1298 от 29.08.2020 г. отбор проектов ВЭ для Схем и программ развития электроэнергетики регионов (СИПР) производится по плановой стоимости 1 МВт-ч. Сетевые компании обязаны заключать договоры купли-продажи электроэнергии с инвестором ВЭ, включенным в СИПР до ввода электростанции в эксплуатацию.
Для территориально удаленных энергорайонов в 2020 г. Минэнерго РФ (www.minenergo.gov.ru) разработало план модернизации неэффективных электростанций в 23 регионах страны с общей установленной мощностью 791 МВт, большая часть (70%) которых находится в Якутии, Камчатском и Красноярском краях, Ямало-Ненецком АО. АНО «Агентство Дальнего Востока по привлечению инвестиций и поддержке экспорта» разработало Концепцию по привлечению частных инвестиций в развитие распределенной энергетики на изолированных и труднодоступных территориях. ПАО «РусГидро» в 2020 г. организовало конкурс по развитию распределенной энергетики в Якутии на основе энергосервисных контрактов. Его победителем стало ООО «Комплексные энергетические решения». Договор с ним предусматривает строительство шести солнечно-дизельных электростанций общей мощностью СЭС — 2,3 МВт.
28.09.2021 г. Наблюдательный совет Ассоциации «НП Совет рынка» (www.np-sr.ru) одобрил разработку системы добровольного использования в России различных видов «зеленых» инструментов для подтверждения производимой электроэнергии на основе ВИЭ взамен двухсторонних договоров и сертификатов международной системы I-REC.
С 2018 г. в России уже заключались также свободные двухсторонние договоры. В 2021 г. они были подписаны с компанией Procter&Gamble (Тульская область), АО «Щекиноазот» (Тульская область). Потенциальный рынок таких сертификатов оценивается в 224 млн МВт-ч.
Перспективы рынка ВЭ в микроэлектрогенерации в ближайшие пять лет оцениваются в 150-200 МВт-ч в год. Законом № 471-ФЗ от 27.12.2019 г. предусмотрена установка микрогенерации в том числе ВЭ у частных и юридических лиц с возможностью продажи излишек электроэнергии в электросети. Постановлением правительства РФ № 299 от 02.03.2021 г. регламентирован механизм реализации этого закона.
Распоряжением Правительства РФ № 2765-Р от 01.10.2021 г был утвержден федеральный проект «Чистая энергетика» с ежегодным конкурсным отбором проектов ВИЭ и созданием российской системы обращения сертификатов происхождения электрической энергии на ВИЭ. Этим же распоряжением был утвержден федеральный проект «Гарантированное обеспечение доступа электрической энергии», с созданием механизма стимулирования модернизации объектов генерации в удаленных и изолированных энергорайонах, в том числе на основе ВИЭ.
Распоряжением Правительства РФ № 3052-Р от 29.10.2021 г по декарбонизации предусмотрены поддержка внедрения, тиражирования и масштабирования низко- и безуглеродных технологий, в том числе с увеличением генерации на ВИЭ.
Распоряжением Правительства РФ № 3363-Р от 27.11. 2021 г по развитию транспорта предусмотрено установка солнечных панелей на кровлях и фасадах зданий удаленных и изолированных объектов инфраструктуры.
Постановлением Правительства РФ № 2486 от 25.11.2021 г внесены изменения в постановление №426 от 03.06.2008 г. с уточнением требований к квалифицированным объектам. Объем электрической энергии, вырабатываемый этими объектами на основе ВИЭ должны составлять не менее 80% от общего объема выработанной электроэнергии, в течение
6 месяцев со дня ввода, а далее не менее 95%. Этим же постановлением внесены изменения в постановление № 117 от 27.12.2010 г. по корректировке размеров неустойки, а также изменения в постановление № 449 от 28.05.2013 г. по определению цены на мощность.
В 2021 г. по свободным двухсторонним договорам (СДД) было реализовано 462528 МВт-ч электрической энергии СЭС и ВЭС, а их доля в общей выработке электроэнергии объектами ДПМ ВИЭ составила 9%. На 01.01.2022 общий объем «зеленых» инструментов ВИЭ электрогенерации составил по СДД ВИЭ с 2019 г. 622300 МВт-ч; объем сертификатов 1^ЕС с декабря 2020 г — 962000 МВт-ч. Всего в РФ выпущено 35 млн таких сертификатов с номиналом 1 МВт-ч.
Солнечная энергетика
Солнечная энергетика в России развивается по двум основным направлениям: электроэнергетика с прямым преобразованием солнечного излучения в электрическую энергию (фотоэнергетика) и солнечное теплоснабжение. Фотоэнергетика в основном представлена сетевыми СЭС, автономными и солнечно-дизельными ЭС. Россия имеет также развитую космическую солнечную энергетику [3]. В настоящее время лидером ВЭ России является сетевая фотоэнергетика. В статье [6] представлен обзор ее развития. На 01.01.2022 г. установленная электрическая мощность сетевых СЭС составляла 1960 МВт, а за 2021 г. ими было выработано 2,25 ТВт-ч [1]. Основными инвесторами сооружения сетевых СЭС являются ГК «ХЕВЕЛ» (743 МВт), ООО «СОЛАР СИСТЕМС» (365 МВт), ПАО «Т-ПЛЮС» (190 МВт). ГК «ХЕВЕЛ» основное производство фотоэлектрических модулей (ФЭМ) имеет в г. Новочебоксарске в Чувашии. В 2021 г. предприятие ООО «Грин Энерджи Рус» этого инвестора построило СЭС общей мощностью 85 МВт, в т.ч. в Волгоградской области — СЭС «Нефтезаводская» (20 МВт), в Оренбургской области — СЭС «Новопереволоцкая» (15 МВт), в Забайкальском крае — СЭС «Читинская» (20 МВт), в Омской области — СЭС «Русско-Полянская» (30 МВт). Вторым по объемам строительства СЭС инвестором в России является ООО «СОЛАР Системс», производство ФЭМ которого расположено в г. Подольске Московской области.
Всего в 2021 г на оптовом рынке электроэнергии были введены в эксплуатацию 6 СЭС с общей установленной мощностью 188 МВт, а на розничном — Наурская СЭС в Чеченской республике мощностью 5 МВт.
Солнечное теплоснабжение в отличии от советского периода в современной России практически не развивается [4]. Установленная мощность гелиоустановок в 2021 г. оценивалась около 70 МВт [5]. Исследованиями по этому направлению солнечной энергетики занимаются Объединенный Институт высоких температур (ОИВТ) РАН [6], лаборатория ВИЭ МГУ им. Ломоносова [7], Кубанский государственный аграрный университет [8]. Проектирование гелиоустановок в основном ведут ООО «Новый Полюс» (г. Москва), ООО «Энерготехнологии-Сервис» (г. Краснодар). Солнечные коллекторы (СК) производит по полному технологическому циклу, в т.ч. абсорберы, ООО «Новый Полюс»: жидкостные плоские и трубчатые вакуумные; воздушные и комбинированные СК. АО «ВПК «НПО Машиностроения» производит сборку жидкостных плоских СК «Сокол-Эффект» из импортных комплектующих с медными и алюминиевыми абсорберами. Монтажом гелиоустановок в основном занимается ООО «Новый Полюс».
Ветроэнергетика
В России в настоящее время развитие получили преимущественно сетевые ВЭС. В небольшом количестве сооружаются ветродизельные станции (ВДС) и малые ветроэлектрические установки (ВЭУ) единичной мощностью до 50 кВт. На 01.01.2022 г. по данным [1] суммарная установленная мощность сетевых ВЭС составляла 2035 МВт (рис. 3), а выработка электрической энергии за 2021 год — 3,62 ТВт-ч. Тремя основными инвесторами на рынке ветроэнергетики являются: Фонд развития ветроэнергетики (ФРВ), АО «НовоВинд», партнерство ПАО «ЭНЕЛ-РУС» и фирмы «Сименс-Гамеса». Учрежденный УК «РосНАНО» и ПАО «Фортум» ФРВ взял за основу редукторную схему ВЭУ датской фирмы «Vestas» и с 2019 г. развернул производство гондол в г. Нижний Новгороде, лопастей в г. Ульяновске, башен в г. Таганроге. На 01.01.2021 г. ФРВ построил ВЭС общей мощностью 1071 МВт. В 2021 г. им были построены: в Ростовской области — II очередь Казачьей ВЭС (50 МВт), в Волгоградской области — Котовская ВЭС (88 МВт), в Астраханской области — Излучная ВЭС (88 МВт), Старицкая ВЭС (50 МВт), Манланская ВЭС (76 МВт), Холмская (88 МВт), Черноярская ВЭС (38 МВт). До 2024 г. ФРВ планирует строительство ВЭС суммарной мощностью 1800 МВт.
Вторая по объемам сооружения ВЭС компания АО «НовоВинд», учрежденная ГК «Росатом» имеет базовую безредукторную конструкцию датской фирмы «Lageway». Оно с 2020 г. организовало производство генераторов, гондол, ступиц, обтекателей на заводе «Атоммаш» в г. Волгодонске, а башен на заводе «Ветростройдеталь» в том же городе. В 2020 г. АО «НовоВинд» построило — Адыгейскую ВЭС мощностью 150 МВт, а в 2021 г. в Ставропольском крае Кочубеевскую, Кармалинскую, Бондаревскую и Мед-ведовскую мощностью соответственно 80, 60 МВт, 120 и 60 МВт, в Ростовской области Марченковскую ВЭС мощностью 120 МВт. До 2024 г. АО «НовоВинд» планирует сооружение ВЭС суммарной мощностью 1000 МВт.
Третье по объемам строительства ВЭС — Партнерство ПАО «ЭНЕЛ-РУС» и фирмы «Сименс-Гамеса» за основу приняло редукторную схему ВЭС фирмы «Сименс-Гамеса» и в 2019 г. организовало сборочное производство в г. Санкт-Петербурге. На 01.01.2022 г. Партнерство построило ВЭС общей мощностью 180 МВт, в т.ч. в 2021 г Азовскую ВЭС мощностью 90 МВт в Ростовской области, а до 2024 г. планирует сооружение 300 МВт ВЭС.
В северных и труднодоступных районах в составе изолированных энергосистем работают ветродизельные станции (ВДС) [9]. В Камчатском крае на острове Беринга с 1996 г. эксплуатируется Никольская ВЭС мощностью 550 кВт, на Камчатке работает Усть-Камчатская ВДС мощностью 1175 кВт и с 2013 г. Октябрьская мощностью 3300 кВт. На Курильском острове Кунашир с 2015 г. успешно эксплуатируется Новиковская ВЭС мощностью 450 кВт. В Якутии в пос. Тикси в 2018 г. построена ВДС мощностью 900 кВт. В изолированных энергосистемах работают сотни малых ВЭУ единичной мощностью менее 50 кВт отечественного и зарубежного производства. В России такие ВЭУ разрабатывают и выпускают около десятка частных фирм. Особенности их конструкций приведены в статье [10]. Российская научная ветроэлектрическая школа выполнила исследования ветроэнергетического потенциала страны. Для сооружения сетевых ВЭС эту работу ведет в т.ч. д.т.н. В.Н. Николаев [11]. Для ВДС в Арктике, в условиях ограниченной климатической информации разработкой арктических ВЭУ занимается д.т.н. В.В. Елистратов [12]. Разработкой малых ВЭУ занимается к.т.н. С.В. Грибков [10]. Исследования работы ВЭС и ВДС в составе энергосистем выполняет д.т.н. П.В. Илюшин [13].
Малая гидроэнергетика
В Справочнике [14], подготовленном ПАО «РусГидро» и Ассоциацией «Гидроэнергетика России» по состоянию на 01.01.2018 г. представлены полный перечень всех гидроэлектростанций страны, в том числе единичной установленной мощностью менее 50 МВт, относимых по Постановлению правительства РФ от 01.06.2021 г. к малым ГЭС (МГЭС). На 01.01.2022 г. МГЭС имели общую установленную мощность 1220 МВт. По данным Отчетов о функционировании ЕЭС России, подготовленных Системным оператором за 2018-2020 гг., в 2020 г. введены в эксплуатацию МГЭС общей мощностью 20,85 МВт: Усть-Джегутинская (5,6 МВт), Верхнебалкарская (10 МВт), Барсуков-ская (5,25 МВт). Таким образом, на 01.07.2021 г. суммарная установленная мощность российских МГЭС составляла 1182 МВт. При реализации плана «ДПМ-ВИЭ-1,0» на конкурсном отборе в 2020 г. были выбраны проекты МГЭС общей мощностью 45,6 МВт, из которых на 01.07.2021 г. было введено 21 МВт. В 2021 г. велось строительство четырех МГЭС: в Карачаево-Черкессии (Красногодская № 1, № 2); в Кабардино-Балкарии (Псыгансу), в Чечне (Башенная), с суммарной установленной мощностью 70 МВт. После утверждения в 2021 г. программы «ДПМ-ВИЭ-2,0» основными инвесторами МГЭС стали: ПАО «РусГидро» (100 МВт), АО «Норд Гидро» (48,8 МВт); ООО «Южэнергострой» (23,7 МВт); АО «Энергомаш» (16 МВт), ПАО «ТГК-1» (16,5 МВт); En+Group (8,1 МВт).
Проектированием и строительство МГЭС в России в основном выполняют ПАО «РусГидро» (г. Москва), АО МНТО5 «ИНСЭТ» (г. Санкт-Петербург). Последнее предприятие разработало типоразмерный ряд гидроагрегатов для мини и малых ГЭС единичной мощностью до 6,0 МВт и микро ГЭС мощностью от 10 до 100 кВт и выполняет комплекс работ по созданию малых ГЭС: разработку бизнес-планов, ТЭО, проектной документации, монтаж, пуско-наладку. С 1993 г. АО «ИНСЭТ» было построено 92 малых ГЭС с 200-ми гидроагрегатами суммарной установленной мощностью 23 МВт в том числе 33 станции общей мощностью 11 МВт в России. Заказчикам поставлено для монтажа собственными силами 170 комплектов МГЭС единичной мощностью до 330 кВт с гидроагрегатами пропеллерного типа. Всего АО «ИНСЭТ» разработало и производит пять типоразмеров гидроагрегатов с пропеллерными турбинами мощностью от 100 до 1800 кВт, четыре типоразмера гидроагрегатов с радиально-осевыми турбинами мощностью от 550 до 5600 кВт, четыре типоразмера гидроагрегатов с ковшовыми турбинами мощностью от 145 до 6000 кВт.
В 2019-2020 гг. АО «ИНСЭТ» были выполнены обследования и подготовлены технические предложения по восьми российским МГЭС общей мощностью 15 МВт, разработаны ТЭО сооружения МГЭС мощностью 2 МВт на Курильском острове Парамушир, три проекта реконструкции МГЭС, введены в эксплуатацию восемь гидроэлектростанций, в том числе для Мосводоканала и питьевого водовода в Адыгее.
Геотермальная энергетика
В России развитие получили как геотермальные электростанции (ГеоЭС), так и геотермальное теплоснабжение. Разведанные запасы четырех геотермальных пароводяных месторождений оцениваются в 40,7 тыс. м3/сут., а 62 геотермальных водяных — в 268,2 тыс. м3/сут. [15]. В 2021 г. в стране эксплуатировались четыре пароводяных и 26 водяных месторождений, на которых работали 161 геотермальная скважина. До-
5 МНТО - Межотраслевое научно-техническое объединение. - Прим. ред.
быча геотермального пара в 2021 г. составляла 13,1 млн т/год, а геотермальной воды 20,6 млн м3/год [16]. Установленная мощность российских ГеоЭС составляет 84 МВт, а выработка электрической энергии в 2021 г. — 0,428 ТВт-ч/год. Геотермальное теплоснабжение России имеет суммарную установленную мощность 110 МВт, а выработка тепловой энергии в 2021 г. составляла 280 тыс. МВт-ч/год [16].
Исследованиями геотермальных ресурсов в основном занимаются Институт вулканологии и сейсмологии Дальневосточного научного центра РАН в г. Петропавловск-Камчатский [17] и Институт проблем геотермии и возобновляемой энергетики ОИВТ РАН6 в г. Махачкале [18]. Добычей геотермальных ресурсов на Камчатке ведет АО «Тепло Земли» (г. Петропавловск-Камчатский), в Дагестане — ООО «Геоэкопром» (г. Махачкала), в Краснодарском, Ставропольском краях, в Адыгее — АО «Нефтегазгео-терм» (пос. Мостовской, Краснодарский край).
Исследованиями по созданию ГеоЭС в России занимается ООО «Геотерм-М» (г. Москва), а разработкой и изготовлением оборудования для них АО «Калужский турбинный завод» [19]. Компетенциями по проектированию геотермального теплоснабжения обладают ООО «Геотерм-М» и ООО «Энерготехнологии-Сервис». Эксплуатацию камчатских ГеоЭС осуществляют филиал «Возобновляемая энергетика» ПАО «Камчатскэнерго», а геотермального теплоснабжения на Камчатке АО «Тепло Земли», в Дагестане — ООО «Геоэкопром» [20].
Биоэнергетика
Закон № 35-ФЗ от 21.02.2003 г. «Об электроэнергетике» в редакции от 29.12.2017 г. предусматривает использование ВИЭ в т.ч. биомассы, включающей в себя специально выращенные для получения энергии растения, в т.ч. деревья, а также отходы производства и потребления, за исключением отходов, полученных в процессе использования углеводородного сырья и топлива; биогаз; газ, выделяемый отходами производства и потребления на свалках таких отходов; газ, образующийся на угольных шахтах.
В новом плане развития ВЭ до 2035 г. (ДПМ-ВИЭ-2,0), утвержденным Постановлением правительства РФ от 01.06.2021 № 1446-Р не установлены задания по генерации электроэнергии на основе биомассы. По результатам 2020 г. Ассоциации «НП Совет рынка» выработка электроэнергии на БиоЭС7 на оптовом и розничном рынках, подтвержденных сертификатами, составила 65,2 ГВт-ч/год, в т.ч. на основе биомассы и ее отходов — 39,03 ГВт-ч/год; биогаза — 25,06 ГВт-ч/год; свалочного газа — 1,15 ГВт-ч/год. По установленной мощности БиоЭС обобщенные данные отсутствуют. В перечне квалифицированных объектов Минэнерго РФ на 01.10.2021 г. работающих на основе биомассы и отходов указана только мини-ТЭЦ «Белый Ручей» в Вологодской области, установленной электрической мощностью 6 МВт и тепловой — 49 МВт, работающая на отходах древесины. С 2009 г. в городах Морозовск и Мил-лерово Ростовской области работают две мини-ТЭЦ мощностью по 6 МВт с сжиганием лузги подсолнечника. В указанном перечне Минэнерго РФ приводятся данные только двух БиоЭС на основе сжигания биогаза. Работающая с 2012 г. биогазовая станция (БГС) «Байцуры» мощностью 1 МВт построена в селе Грузкое Белгородской области. В той же области в Лучковском сельском поселении работают две БГС мощностью 3,6 МВт. В числе квалифицированных объектов также БиоЭС на свалочном газе полигона ТБО в пос. Новый Свет Ленинградской области.
6 Филиал ОИВТ РАН, занимающийся проблемами геотермии и ВЭ. - Прим. ред.
7 БиоЭС - электростанции, использующие биомассу
Для теплоснабжения в России применяются в основном различные виды биомассы древесины и ее отходов, отходов сельскохозяйственного производства. Согласно Стратегии развития лесного комплекса РФ до 2030 г. [21] в 2019 г. в стране было заготовлено 14 млн плотных м3 дров. При их удельном весе 650 кг/м3 общий вес составил 9,1 млн т. При средней теплотворной способности дров 4,5 кВт-ч/кг и КПД их сжигания в печах и котлах 60% общее количество тепловой энергии в 2019 г. составило 29 тыс. ГВт-ч/год. По данным О. Ракитовой [22] из общего количества отходов лесозаготовки — 23 млн т и деревопереработки — 20 млн т для использования в теплоснабжении актуальны топливная щепа, топливные брикеты и пеллеты (топливные гранулы). Топливная щепа в России пока не получила широкого применения. Производством топливных брикетов в 2019 г. в России занимались 280 предприятий с годовым объемом производства 450 тыс. т при внутреннем потреблении 230 тыс. т [23], что при их теплотворной способности близкой к дровам эквивалентно 748 ГВт-ч/год. Пеллеты в 2019 г. в России производились на 300 заводах в объеме 1,9 млн т [1] (в 2020 г. — 2,2 млн т [22]) при внутреннем потреблении не более 5% [24]. При их теплотворной способности близкой к дровам общее годовое количество тепловой энергии составляло в 2019 г. 88 ГВт-ч/год. Таким образом, суммарное количество тепловой энергии при сжигании дров, топливных брикетов и пеллет в 2019 г. составило 29836 ГВт-ч/год, при этом доля дров — 97%.
Крупнейшие котельные на древесных отходах работают на заводах швейцарской фирмы «Swiss Krono» в п. Ветлужный Шарьинского района Костромской области мощностью 96 МВт и шведской фирмы «ИКЕА» в деревне Подберезье Новгородской области мощностью 85,5 МВт [25]. Наибольшее количество котельных на дровах и отходах работают в Архангельской области. В 2019 г. по данным сайта www.infobio.ru там эксплуатировались 650 котельных установленной мощностью 3000 МВт (100%), в т.ч. 420 на дровах общей мощностью 1110 МВт (37%), в которых ежегодно сжигалось 260 тыс. т топлива. В этом регионе работает самая мощная в России пеллетная котельная в пос. Катуни-но Приморского района мощностью 20 МВт. Древесное топливо активно используется в соседних с Архангельской областью Карелии, Вологодской, Ярославской, Костромской областях. В пос. Импилахти в Карелии ООО «Сетлес» с 2007 г. эксплуатирует котельную со сжиганием древесной коры мощностью 10 МВт с котлами финской компании «Вяртелла». В Хабаровском крае из 400 муниципальных котельных на древесине работают 60 котельных (15%) общей мощностью 107 МВт.
В России технологии сжигания дров и древесных отходов развивались с 1930-х годов в основном двумя научными центрами: ВТИ8 в г. Москве и ЦКТИ им. Ползунова9 в г. Санкт-Петербурге [26]. Там были разработаны конструкции котлов с неподвижными и механическими колосниковыми шахтными топками и с факельным сжиганием измельченного топлива. В этих котлах в основном применяются две технологии: прямого сжигания и пиролиза. В 2021 г. в стране котлы на дровах, пеллетах, брикетах, древесных отходах производились десятком заводов. Например, компания «Автоматик-Лес» в г. Коврове Владимирской области (www.avtomaticles.ru) выпускает котлы на опилках, щепе, коре и древесных отходах тепловой мощностью от 200 кВт до 10 МВт; пеллетные автоматизированные котлы мощностью от 15 до 250 кВт, самоочищающие пеллетные горелки.
8 ОАО «Всероссийский дважды Ордена Трудового Красного Знамени теплотехнический научно-исследовательский институт» (ОАО «ВТИ»), www.vti.ru. - Прим. ред.
9 ОАО «Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И.И. Ползунова» (ОАО «НПО ЦКТИ»), www.ckti.ru. - Прим. ред.
На рис. 4, 5 представлены значения мощностей и выработанной годовой энергии электро- и теплогенерацией России в 2021 г.
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0
3620 ГВт-ч/год
2250 ГВт-ч/год
1960 МВт
2035 МВт
1220 МВт
I
84 N
ФЭС
вэс
мгэс
428 ГВт-ч/год 84 МВт
ГеоЭС
4Вт 39,03 ГВт-ч
ч/год 25,06 ГВт-ч/год 1,15 ГВт-ч/год
Биомасса и отходы
Биогаз
Свалочный газ
Рис. 4. Установленные мощности и выработка электрической энергии в 2021 г. в России на основе ВИЭ.
МВт
700 600 500 400 300 200 100
ГВт-ч 29000
800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 -
29000 ГВт-ч
748 ГВт-ч
280 ГВт-ч
88 ГВт-ч
У~7~Л_
70 МВт
Дрова и отходы
Пеллеты
Геотермальная энергия
Солнечная энергия
Брикеты
Рис. 5. Установленные мощности и выработка тепловой энергии в 2021 г. в России на основе ВИЭ.
Выводы
1. Российский рынок ВЭ в области электрогенерации создан в основном мерами государственного стимулирования по программе «ДПМ-ВИЭ-1,0» с гарантированными сроками окупаемости. В новом плане «ДПМ-ВИЭ-2,0» до 2035 г. предусмотрено развитие также как и в предыдущем только СЭС, ВЭС и МГЭС. В то же время в России успешно работают несколько ГеоЭС, стоимость электроэнергии которых вдвое ниже топливных ТЭС (Мутновская
ГеоЭС, Камчатка). Там же разведаны перспективные геотермальные месторождения, выполнены проекты развития ГеоЭС. Одной из проблем реализации плана «ДПМ-ВИЭ-1,0» являлись низкие темпы строительства МГЭС, что во многом объясняется существенно большей, чем для СЭС и ВЭС доли строительно-монтажных работ в структуре их сметной стоимости.
В настоящее время в стране не организован рынок развития теплоснабжения с использованием ВИЭ. Меры государственной поддержки не приняты и не определено министерство, ответственное за эту теплогенерацию. При больших объемах использования древесины и ее отходов для теплоснабжения отсутствует программа развития этого направления. Созданное в России масштабное пеллетное производство ориентировано на экспорт, а цены его продукции неконкурентны с дровами и углем в большинстве регионов страны. В России исследования по проблемам комплексного использования ВИЭ в народнохозяйственном комплексе практически не ведутся. В малых объемах они выполняются по системам теплоснабжения на основе ВИЭ.
2. Солнечная энергетика в России представлена в основном сетевыми СЭС. Их установленная мощность в 2021 г. составила 1,96 ГВт, а выработка 2,25 ТВт-ч/год. Россия сохранила свои компетенции в космической солнечной энергетике. Продолжается строительство ФЭС в изолированных северных энергорайонах. Солнечное теплоснабжение представлено небольшим числом эксплуатируемых гелиоустановок и малым количеством производимых солнечных коллекторов. Недостаточно исследований по опыту эксплуатации сетевых СЭС. Основными инвесторами их сооружения являются ГК «ХЕВЕЛ» (189 МВт в 2020 г.) и ООО «СОЛАР СИСТЕМС» (105 МВт в 2020 г.). Каждый из них имеет в России производство на основе кристаллического кремния. Требования плана «ДПМ-ВИЭ-1,0» обеспечило степень локализации производства оборудования не менее 70%.
3. Ветроэнергетика в России уже два года является лидером по темпам развития. Установленная мощность всех ВЭС на 01.07.2021 г. составила 2035 МВт, а выработка электрической энергии за 2021 год — 3620 млн кВт-ч. Рынок ветроэнергетики освоен в основном тремя инвесторами: ФРВ, АО «НовоВинд», партнерством ПАО «ЭНЕЛ-РУС» и фирмы «Сименс-Гамеса». В основе конструкций ВЭУ — решения западноевропейских лидеров ветроэнергетики. Применяются как редукторные, так и безредукторные схемы ВЭУ. Каждый из указанных инвесторов построил в России заводы, а степень локализации производства в 2021 г. достигла 70%. В стране ограниченное применение получили ветродизельные станции. При большой потребности северных районов в ВЭУ в 2021 г. они не получили широкого применения. Российские разработчики и производители малых ВЭУ разобщены, отсутствует их крупномасштабное производство. Актуальны исследования результатов эксплуатации сетевых ВЭС.
4. Россия имеет многолетний опыт разработки строительства, эксплуатации и производства оборудования МГЭС. Основным фактором, препятствующим их дальнейшему развитию, является преобладание в сметной стоимости строительно-монтажных работ. Дополнительное стимулирование по программе «ДПМ-ВИЭ-2,0» уже привело к увеличению инвестиций в сооружении МГЭС общей мощностью 214 МВт.
5. В основе развития геотермальной энергетики разведанные четыре пароводяных месторождения с запасами 40,7 тыс. м3/сут. и 62 геотермальных водяных — 268,2 тыс. м3/сут. Из 161 скважин в 2021 г. были добыты 12,6 млн т/год геотермального пара и 20,2 млн м3/год воды. Установленная мощность четырех ГеоЭС составила 84 МВт, а выработка ими электрической энергии в 2019 г. — 428 млн кВт-ч/год. Геотермальное теплоснабжение при установленной мощности 110 МВт в 2019 г. обеспечило выработку 280 тыс. МВт-ч/год тепловой энергии. В 2020-2021 гг. геотермальная энергетика продолжала использовать
советские научные и инженерные разработки. Разведка новых геотермальных месторождений не ведется. В программе «ДПМ-ВИЭ-2,0» до 2035 г. не предусмотрено строительство новых ГеоЭС, отсутствуют меры по развитию геотермального теплоснабжения.
6. При отсутствии мер господдержки биоэнергетики в планах «ДПМ-ВИЭ-1,2» выработка электрической энергии БиоЭС в 2020 г. составила 65,2 ГВт-ч/год, в т.ч. на основе биомассы и ее отходов — 39,03 ГВт-ч/год, биогаза — 25,06 ГВт-ч/год, свалочного газа — 1,15 ГВт-ч/год. Выработка тепловой энергии на основе биомассы в объеме 29836 ГВт-ч/год в 2019 г. в основном производилась при сжигании дров (29 тыс. ГВт-ч/год), топливных брикетов 748 ГВт-ч/год, пеллет — 88 ГВт-ч/год. В России имеется многолетний опыт исследования топочных процессов при сжигании древесины и ее отходов. Десятки заводов производят такие котлы и вспомогательное оборудование, в т.ч. пеллетные котлы и пеллетные горелки. В программе «ДПМ-ВИЭ-2,0» отсутствуют мероприятия по стимулированию строительства БиоЭС на основе биомассы. В России в настоящее время не разработаны мероприятия по стимулированию развития теплоснабжения с использованием ВИЭ.
7. В современной геополитической ситуации развитие ВЭ в РФ должно претерпеть существенные изменения. Во-первых, необходимо под руководством РАН разработать национальную концепцию развития ВЭ с приоритетами отдельных наиболее востребованных направлений, структуру научных организаций, усовершенствовать систему подготовки специалистов и ученых. Во-вторых, от локализации производства оборудования ВЭ перейти к полным циклам используя советские заделы, в том числе в космической фотоэнергетике и геотермальной энергетике. В-третьих, реформировать структуру международного научного сотрудничества в области ВИЭ.
Литература
1. Отчет АО «СО ЕЭС» о функционировании в 2021 г. (www.so-ups.ru)
2. Информационный бюллетень АРВЭ. Рынок возобновляемой энергетики в России: текущий статус и перспективы развития. Июль. 2021. 43 с.
3. Бутузов В. А. Фотоэнергетика в России // СОК (Сантехника, отопление, кондиционирование). 2020. №7. С. 46-54
4. Бутузов В.А. Солнечное теплоснабжение. Опыт столетнего развития // Промышленная энергетика. 2020. №4 С. 52-63
5. Бутузов В.А. Эксплуатация российских гелиоустановок //Энергосбережение. 2021.№ 1. С. 64-67
6. Попель О.С., Фортов В.Е. Возобновляемая энергетика в современном мире. М.: Изд. дом. МЭИ. 2015. 450 с.
7. Дегтярев К.С. Экономика возобновляемой энергетики в мире и в России // СОК (Сантехника, отопление, кондиционирование). 2017. №9. С. 80-87
8. Бутузов В.А., Бутузов В.В. Использование солнечной энергии для производства тепловой энергии. -М.: Интеэнерго-Издат. 2015. 314 с.
9. Бутузов В.А., Безруких П.П., Грибков С.В. Российская ветроэнергетика: научно-конструк-
торские школы, этапы развития, перспективы // СОК (Сантехника, отопление, кондиционирование). 2021. № 5. С. 62-76
10. Грибков С.В. Ветро-солнечно-дизельные комплексы электроснабжения малой мощности как основа развития ВИЭ в России. Потребители и перспективы развития как отрасли / Труды REENCOM 13-14 октября 2016 г.
11. Николаев В.Г. Перспективы развития возобновляемых источников энергии в России. Результаты проекта TACIS Europe Aid/11695/cLsv/ru/ Николаев В.Г, Ганага, С.В., Кудряшов Ю.И. / Под ред. В.Г Николаева. М.: Изд. «Атмограф». 2009. 456 с.
12. Елистратов В.В. Возобновляемая энергетика. 3-е издание. СПб. Изд. Политех. университета. 2016. 424 с.
13. Илюшин П.В. Перспективы применения и проблемные вопросы интеграции распределительных источников энергии в электрические сети. Монография. НТФ. «Энергопрогресс». 2020. 116 с.
14. Дворецкая М.И., Жданова А.П., Лушников О.Г., Слива И.В. Возобновляемая энергетика. Гидроэлектростанции России. Справочник. Под. общей ред. В.В. Берлина. СПб. Изд. Политех. университета. 2018. 224 с.
15. Кононов В.И., Поляк Б.Г, Хуторской М.Д. Гидрогеотермальные ресурсы России // Георесурсы. 2005. № 2. С. 29-33
16. Бутузов В.А., Томаров ГВ., Алхасов Г.Б., Бадавов Г.Б. Геотермальная энергетика России: Ресурсная база, электроэнергетика, теплоснабжение (обзор) // Теплоэнергетика. 2021. № 12. С. 1-15
17. Кирюхин А.В., Сугробов В.М. Геотермальные ресурсы Камчатки и ближайшие перспективы их освоения. // Вулканология и сейсмология. 2019. № 6. С. 50-65
18. Алхасов А.Б. Технологии комплексного освоения геотермальных ресурсов Северо-Кавказского региона // Теплоэнергетика. 2018. № 3. С.1-5
19. Геотермальная энергетика. Справочно-методическое издание / ГВ. Томаров, А.И. Никольский, В.Н. Семенов, А.А. Шипков. -М.: Интехэнерго-Издат. 2015. 315 с.
20. Бутузов В.А., Амерханов Р.А., Григораш О.В. Геотермальное теплоснабжение в России // Теплоэнергетика. 2020. № 3. С. 3-12
21. Распоряжение Правительства РФ № 312-Р от 11.02.2021 г. «Об утверждении Стратегии развития лесного комплекса РФ до 2023 г.»
22. Ракитова О. Каким быть топливу будущего? Конгресс и выставка «Биомасса: топливо и энергия»// Леспром. Журнал профессионалов ЛПК. 2020. № 3
23. Талиби А., Забелин А. Топливные брикеты. Рынок растет // Леспром. Журнал профессионалов ЛПК. 2019. № 7
24. Никольская В. Инновационная поляница. Дрова - устаревший товар или современное топливо?// Леспром. Журнал профессионалов ЛПК. 2019. № 5
25. Карасевич В.А. Перспективы использования ВИЭ для нужд теплоснабжения в регионах РФ // СОК (Сантехника, отопление, кондиционирование) 2021. № 5. С. 56-58
26. Рябов В.А., Питун Д.С. Водогрейные котлы для сжигания древесных отходов // Новости теплоснабжения. 2020. № 2. С. 21-24
