CC BY
119
УДК 620.92
Е. О. Ольховик, А. А. Буцанец
ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИБРЕЖНЫХ И МОРСКИХ ЭНЕРГОБЛОКОВ ДЛЯ УДОВЛЕТВОРЕНИЯ НУЖД ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
В Энергетической стратегии Российской Федерации закреплена необходимость перехода на возобновляемые и экологически чистые источники энергии на уровне не ниже 4,5 % от общего объема генерации до 2020 г. Представлена оценка экономической эффективности использования приливных и проточных электростанций, которые вырабатывают электроэнергию, используя движение воды, вызванное приливами и отливами. Приведены примеры реализованных проектов. Выделены экономические преимущества использования приливных электростанций (масштабы и типы конструкций, модульность, низкие операционные расходы и затраты на техническое обслуживание), позволяющие сделать вывод, что приливные энергоблоки имеют хорошие исходные шансы напрямую конкурировать с ископаемым топливом. Описаны основные факторы, сдерживающие развитие возобновляемой энергетики. Представлены важные экономические проблемы, с которыми сталкивается сектор возобновляемой энергетики. Выявлены районы с локальным дефицитом электроэнергии на территории Российской Федерации. Определены наиболее перспективные области для опытной эксплуатации разрабатываемого энергоагрегата: Камчатский край, Сахалинская область, Северо-Курильская гряда островов, разделяющая Тихий океан и Охотское море. Приведены обобщенные данные по прогнозу себестоимости производства приливной электроэнергии на основании ее оценки авторитетными организациями начиная с 2000 г. Сделан вывод, что экономическая эффективность разрабатываемых энергоблоков перспективна в случае достижения мощностей в 10 и более МВт, т. к. стоимость вырабатываемой электроэнергии для потребителей не будет превышать среднюю по региону, а приливные электростанции будут доходными.
Ключевые слова: приливная электростанция, приливная энергетика, оценка экономической эффективности, приливные энергоблоки.
Введение
Необходимость перехода на возобновляемые источники энергии закреплена в Энергетической стратегии России на период до 2030 года [1], которой предусмотрено обеспечить до 2020 г. производство энергии за счет возобновляемых и экологически чистых источников энергии на уровне не ниже 4,5 % от общего объема генерации. Объем технически доступных ресурсов возобновляемых источников энергии в Российской Федерации, по данным Министерства энергетики РФ на 2014 г., составляет не менее 24 млрд т условного топлива, суммарная мощность малых гидроэлектростанций - порядка 250 МВт. Данный показатель, не являясь существенным по сравнению с показателями стран Европейского союза, позволит начать гармонизацию энергетики РФ, т. е. совместное использование традиционных и возобновляемых источников, а в перспективе должен стать залогом достаточной энергобезопасности.
Опыт эксплуатации и перспективы применения приливных и проточных энергоблоков
Приливные и проточные электростанции вырабатывают электроэнергию путем использования энергии, источником которой является движение воды, вызванное приливами и отливами. Известно несколько реализованных проектов:
- Франция, «Ранс»: 24 энергоблока по 10 МВт, 1967 г. постройки;
- Россия, Кислогубская приливная электростанция (ПЭС): 2 энергоблока - 1,5 и 0,2 МВт, 1968 г. постройки;
- Канада, «Аннаполис»: 20 мВт, 1984 г. постройки;
- Китай, «Иянсан»: 3 энергоблока по 1,1 МВт, 1980 г. постройки;
- Южная Корея, «Улдолмок»: 1,5 МВт, 2009 г. постройки.
Выделим несколько экономических преимуществ использования приливных электростанций, которые соответствуют открытому рынку электрогенерации:
- существенное преимущество по масштабам и типу конструкции - приливной энергоблок содержит, по сути, только электрогенератор, остальная конструктивная часть является незначительной:
- модульный подход при изготовлении и монтаже энергоблоков - позволяет оптимально максимизировать выходную мощность без привлечения дополнительных материальных ресурсов;
- достаточно низкие операционные расходы и затраты на техническое обслуживание.
Все вышеперечисленные факторы позволяют сделать вывод, что приливные энергоблоки имеют хорошие исходные шансы напрямую конкурировать с ископаемым топливом.
Длительная или временная экономическая эффективность складывается из следующих факторов:
- низкая экологическая нагрузка - использование приливных течений практически не вызывает экологических последствий;
- хорошо предсказуемый режим приливов, отливов и подводных течений гарантирует стабильную генерацию электроэнергии;
- низкие капитальные затраты (для определенных типов конструкции энергоблоков) и небольшой срок окупаемости проектов;
- низкая стоимость эксплуатации, полная независимость от природного топлива;
- возможность постепенного наращивания мощности с одновременным снижением стоимости за 1 кВт/ч, т. е. длительный цикл инвестиций, не зависящий от рыночной волатильности.
В настоящее время основным сдерживающим фактором для развития возобновляемой энергетики, в том числе приливной, является высокая стоимость 1 кВт/ч энергии на выходе. По нашим оценкам, она будет превышать стоимость 1 кВт/ч, полученного на традиционных гидроэлектростанциях, в 4-6 раз. Однако опыт европейских стран, в том числе наиболее развитой Германии, показывает, что в перспективе уже через 5-8 лет стоимость электроэнергии, полученной на приливной или проточной станции, вполне сможет конкурировать со стоимостью электроэнергии, полученной с помощью традиционных видов генерации.
Наиболее важной экономической проблемой, с которой сталкивается сектор возобновляемой энергетики, является отсутствие понятного и четкого плана по ожидаемому уровню ее развертывания в течение ближайших нескольких лет. Правительство страны и частный бизнес должны иметь общее представление о том, как будет развиваться возобновляемая энергетика, а также о структуре государственных расходов, субсидий и других преимуществ, обеспечиваемых поддержкой государства. Для инвесторов важно строить свои планы, основываясь на прогнозах реалистичных сценариев, в том числе долгосрочных. Если частному бизнесу будет послан гарантированный сигнал о государственной поддержке возобновляемых источников электрогенерации, то эта область получит достаточно средств для собственного развития. Анализ рисков реализованных и новых иностранных проектов по источникам [2-5] для возможного партнерства между федеральными органами управления и частной промышленностью демонстрирует возможности успешного развертывания приливных и проточных источников возобновляемой энергии через несколько критических с финансовой точки зрения лет, что можно трактовать как переходный процесс из начальной точки в зону демонстрации опытных образцов с большим масштабом.
Количество разработок и экспериментальных запусков приливных и проточных электростанций растет каждый год. Так, в Канаде, США и Южной Корее разрабатываются по 10 станций, во Франции - 15. На севере России проводятся работы по нескольким крупным проектам, например на Белом море строятся Мезенская и Кольская ПЭС общей мощностью в сотни мегаватт. Активное развертывание установок генерации является жизненно важным для реализации преимуществ возобновляемой энергетики и развития новых технологий.
Экономические риски, возникающие при введении в эксплуатацию водных возобновляемых источников энергии, могут быть снижены в случае взаимодействия с другими заинтересованными сторонами, и очевидно, что необходимы жизнеспособные экономические стратегии для преодоления всех рисков.
По данным международной организации RenewableWorld, общий ресурс волновой энергии оценивается в диапазоне от 60 000 до 110 000 ТВт/год. По самым консервативным экономическим и экологическим прогнозам, приливные энергетические технологии уже в ближайшее десятилетие могут быть развернуты до 1,5 % от глобального ресурса, при этом полученные мощности могут заместить не менее 10 % от текущего годового потребления электроэнергии, получаемой традиционными методами.
Отметим, что приливная энергетика обеспечивает возможность масштабирования, т. е. как только оптимальные технологические решения подтверждаются на опытном энергоблоке, появляется возможность наращивания мощности за счет добавления массива следующих аналогичных блоков. В случае, если применяемая технология не выдает необходимый потенциал для коммерческого использования, возможны замена или изменение технологии генерации для повышения эффективности и улучшения использования энергии приливов. Такой подход, применяемый в рамках солнечной энергетики, позволил повысить эффективность генерации с 15 % почти до 30 %.
Все вышеописанное вызывает интерес крупнейших российских компаний, прямо или косвенно участвующих в энергетическом секторе. Так, ОАО «Лукойл» в партнерстве с компанией «ERG Renew» (Италия), входящей в десятку крупнейших производителей возобновляемой энергии в Европе, реализует соглашение о создании совместного предприятия «LUKERG Renew», действующее с 2011 г. Представители российской компании «Роснефть» на XVIII Петербургском международном экономическом форуме (ПМЭФ-2014) заявили о поддержке нескольких проектов в области возобновляемой энергетики для сопровождения разработки добычи на арктическом шельфе до 2030 г.
Государственная поддержка реформы рынка электроэнергии является необходимым условием для обеспечения роста в стратегически важном секторе возобновляемой энергетики, при этом с высокой вероятностью будет наблюдаться устойчивое развитие инженерных и технологических инноваций.
Анализ статистической информации (по данным [6], рис.) и литературные данные [7] показали следующее: локальный дефицит электроэнергии испытывают такие регионы Российской Федерации, как Краснодарский край, Чеченская Республика, Республика Северная Осетия-Алания, Республика Карелия, Республика Удмуртия, Республика Мордовия, Вологодская, Московская, Белгородская, Сахалинская, Липецкая, Калужская, Владимирская, Брянская, Нижегородская, Ульяновская, Пензенская, Челябинская, Кемеровская, Омская и Томская области, Алтайский край, Приморский край и Еврейская автономная область. Вместе с тем данные регионы имеют достаточный потенциал роста энерговооруженности и протяженную береговую линию с Охотским, Восточно-Сибирским, Баренцевым, Чукотским и другими морями РФ, на которых наблюдаются приливы и отливы, достаточные для использования возобновляемой электроэнергетики.
Карта потребления электроэнергии на территории РФ, 2014 г.
В северных районах РФ, в том числе в прибрежных, каждый из регионов характеризуется различными показателями энерговооруженности и энергогенерации. Например, в Мурманской области генерация электроэнергии избыточна - Кольская АЭС вырабатывает до 60 % всей электроэнергии.
Чукотский автономный округ характеризуется крайне низкими показателями энергоемкости и, соответственно, энергопотребления, но высокой энерговооруженностью, поэтому наблюдаются резкие изменения в генерации для разных времен года.
Для Красноярского края характерны сбалансированные показатели как энергогенерации, так и энергопотребления, т. е. практически вся вырабатываемая электроэнергия потребляется независимо от времени года.
В прибрежных районах Охотского моря ситуация с энергопотреблением является аналогичной, т. е. наблюдается некоторый дефицит электроэнергии при ее высоком потреблении и высокой энерговооруженности, например, в крупных морских портах или для промышленных (судоремонтных и судостроительных) предприятий, но в то же время по Тихоокеанскому региону энергии вырабатывается с избытком.
Наиболее перспективными для опытной эксплуатации энергоагрегатов, которые используют движение воды, вызванное приливами и отливами, являются Камчатский край, Сахалинская область, Северо-Курильская гряда островов, разделяющая Тихий океан и Охотское море и обладающая свойствами естественного гидротехнического сооружения благодаря постоянным приливным течениям. В этих регионах наблюдается дефицит электроэнергии наряду с высокими показателями энерговооруженности, что позволяет сделать вывод о возможности локального использования приливной электростанции с эффективной мощностью генерации в 1-3 МВт, а в перспективе, за счет постепенного добавления энергоблоков, - до 25 МВт. Строительство приливной электростанции не окажет отрицательного воздействия теплового, химического и радиационного характера вследствие небольших глубин в местах возможной установки (до 35 м), не потребует глубокого затопления и перемещения грунта, будет способствовать защите от штормовых воздействий береговой линии и, самое главное, будет стимулировать развитие местной инфраструктуры.
Оценка себестоимости производства электроэнергии, производимой приливными электростанциями, проводится авторитетными организациями начиная с 2000 г. Обобщенные данные по прогнозу стоимости приведены в таблице.
Прогноз стоимости электроэнергии, производимой приливными электростанциями
Организация Год Тип ПЭС
Береговые, с гидротехническими сооружениями морские
В центах доллара США за 1 кВт
Министерство экономики Франции 2003 8,2 7,1
Королевская инженерная академия наук Великобритании 2004 7,4 11
Канадская ядерная ассоциация 2004 7-9 8-10
Международное энергетическое агентство Организации экономического сотрудничества и развития 2005 5-15 8-20
Американский институт по атомной энергии 2010 15 20
С учетом изменения цен на углеводородные источники топлива стоимость электроэнергии, полученной на приливных станциях, является вполне стабильной. В сравнении с генерацией от мощных гидроэлектростанций стоимость приливной энергии является более высокой (примерно в 2-3 раза), но организация ее получения не требует дорогостоящих инвестиций в строительство плотин, водохранилищ. Следует также отметить, что на строительство традиционных гидроэлектростанций уходят десятки лет, а приливные энергоблоки могут быть установлены и запущены в течение полугода. Очевидны также экологические [8] преимущества использования проточных энергоагрегатов, поскольку их установка на морское дно или на плавучую баржу не вносит значительных изменений в гидрологические режимы, в отличие от искусственных гидротехнических сооружений, требующих комплексного обеспечения безопасности [9], в том числе по соблюдению и согласованию режимов расхода воды. Но основное преимущество приливных и проточных электростанций подводного морского базирования заключается в том, что они являются практически неисчерпаемым источником возобновляемой энергии [10, 11].
Заключение
Таким образом, экономическую эффективность приливных энергоблоков можно оценить как вполне перспективную, поскольку в случае достижения мощностей в 10 и более МВт, стоимость вырабатываемой электроэнергии для потребителей не будет превышать среднюю по региону, а сами приливные электростанции будут доходными. Инвестиционный период до момента окупаемости можно оценить в 5-10 лет, однако он может быть снижен при наличии государственной поддержки.
Береговыми потребителями энергии, вырабатываемой проточными энергоблоками, могут стать объекты местной инфраструктуры, жилые поселения, платформы разработки нефтегазовых месторождений, т. е. практически все береговые объекты, для которых подключение к централизованным линиям электропередачи является дорогостоящим и затруднительным.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года: Распоряжение Правительства Российской Федерации от 13 ноября 2009 г. № 1715-р // URL: http://www.consultant.ru/document/ cons_doc_LAW_94054.
2. DeltaStream Demonstrator Project Ramsey Sound, Pembrokeshire // Non-technical summary. 2009. October // URL: http://www.tidalenergyltd.com.
3. Murphy M. Marine renewable energy - tidal stream / M. Murphy // Marine professional. 2013. No. 1. P. 20-27.
4. URL: http://www.bluenergy.com.
5. URL: http://www.swanturbines.co.uk.
6. Государственная информационная система в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности. Интерактивные инструменты // URL: http://www.gisee.ru.
7. Нефедова Л. В. Метод регионального анализа ресурсов ВИЭ на основании расчета показателя суммарного удельного нормированного потенциала / Л. В. Нефедова // Теплоэнергетика. 2008. № 12. С. 2-5.
8. Рудь В. Ю. Международный экологический форум «Экобалтика-2013»: натиск молодежной научной и инновационной мысли / В. Ю. Рудь, Е. О. Ольховик // Вестн. гос. ун-та морского и речного флота им. адм. С. О. Макарова. 2013. № 3 (22). C. 167-170.
9. Гарибин П. А. Методология организации непрерывного мониторинга технического состояния ГТС водного транспорта / П. А. Гарибин, Е. О. Ольховик, С. В. Шабанов // Изв. высш. учеб. завед. Строительство. 2015. № 2 (674). С. 58-72.
10. Васильев Ю. С. Оценки ресурсов возобновляемых источников энергии в России: справочник -учеб. пособие / Ю. С. Васильев, Безруких П. П., Елистратов В. В., Сидоренко Г. И. СПб.: Изд-во Поли-техн. ун-та, 2009. 250 с.
11. Справочник по ресурсам возобновляемых источников энергии в России и местным видам топлива (показатели по территориям) / под ред. П. П. Безруких. М.: ИАЦ «Энергия», 2007. 272 с.
Статья поступила в редакцию 22.04.2016
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Ольховик Евгений Олегович - Россия, 198035, Санкт-Петербург; Государственный университет морского и речного флота им. адмирала С. О. Макарова; канд. техн. наук; доцент кафедры «Основы инженерного проектирования»; [email protected].
Буцанец Артём Александрович - Россия, 198035, Санкт-Петербург; Государственный университет морского и речного флота им. адмирала С. О. Макарова; соискатель кафедры «Основы инженерного проектирования»; [email protected].
E. O. Olkhovik, A. A. Butsanets
ASSESSMENT OF ECONOMIC EFFICIENCY OF COASTAL AND SEA POWER UNITS FOR SATISFACTION OF CONSUMER NEEDS
Abstract. Need of transition to renewable and environmentally friendly power sources at the level of not lower than 4.5 % of the total amount of generation till 2020 is fixed in Power strategy of the Russian Federation. The article presents an assessment of economic efficiency of tidal and flowing power plants that produce electricity by use of water movement caused by tides. The examples of the realized projects are given. The economic advantages of tidal power plants (scales and types of a design, a modularity, low operating expenses and costs of maintenance) are distinguished in the article. It allows to make a conclusion that tidal power units have good initial chances to compete directly with fossil fuel. The major limiting factors for development of renew-
able energetics are described. The important economic problems, which the sector of renewable energetics faces with, are presented. Areas with local deficiency of the electric power in the territory of the Russian Federation are revealed. The most perspective areas for trial operation of the developed power unit are defined: Kamchatka Krai, Sakhalin Oblast, the North Kuril ridge of islands dividing the Pacific Ocean and the Okhotsk Sea. The generalized data on the forecast of production cost
of the tidal electric power on the basis of the authoritative organizations since 2000 are provided. It is concluded that economic efficiency of the developed power units is perspective in case of achievement of capacities in 10 MW and more as the cost of the developed electric power for consumers will not exceed the average on the region, and tidal power plants will be profitable.
Key words: tidal power plant, tidal energetics, assessment of economic efficiency, tidal power units.
REFERENCES
1. Energeticheskaia strategiia Rossii na period do 2030 goda [Power strategy in Russia for the period up to 2030]. Rasporiazhenie Pravitel'stva Rossiiskoi Federatsii ot 13 noiabria 2009 g. № 1715-r. Available at: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_94054/.
2. DeltaStream Demonstrator Project Ramsey Sound, Pembrokeshire. Non-technical summary, 2009, October. Available at: http://www.tidalenergyltd.com.
3. Murphy M. Marine renewable energy - tidal stream. Marine professional, 2013, no. 1, pp. 20-27.
4. Available at: http://www.bluenergy.com.
5. Available at: http://www.swanturbines.co.uk.
6. Gosudarstvennaia informatsionnaia sistema v oblasti energosberezheniia i povysheniia energeticheskoi effektivnosti. Interaktivnye instrumenty [State information system in the sphere of energy saving and increase in energy efficiency. Interactive instruments]. Available at: http://www.gisee.ru.
7. Nefedova L. V. Metod regional'nogo analiza resursov VIE na osnovanii rascheta pokazatelia summar-nogo udel'nogo normirovannogo potentsiala [Method of regional analysis of the resources of RES based on the calculation of the parameter of total specific normative potential]. Teploenergetika, 2008, no. 12, pp. 2-5.
8. Rud' V. Iu., Ol'khovik E. O. Mezhdunarodnyi ekologicheskii forum «Ekobaltika-2013»: natisk molodezhnoi nauchnoi i innovatsionnoi mysli [International ecological forum "EcoBaltica-2013": pressure of young scientific and innovative idea]. Vestnik Gosudarstvennogo universiteta morskogo i rechnogo flota imeni admirala S. O. Makarova, 2013, no. 3 (22), pp. 167-170.
9. Garibin P. A., Ol'khovik E. O., Shabanov S. V. Metodologiia organizatsii nepreryvnogo monitoringa tekhnicheskogo sostoianiia GTS vodnogo transporta [Methods of organization of continuous monitoring of technical state of GTS of water transport]. Izvestiia vysshikh uchebnykh zavedenii. Stroitel'stvo, 2015, no. 2 (674), pp. 58-72.
10. Vasil'ev Iu. S., Bezrukikh P. P., Elistratov V. V., Sidorenko G. I. Otsenki resursov vozobnovliaemykh is-tochnikov energii v Rossii [Evaluation of the resources of renewable energy sources in Russia]. Saint-Petersburg, Izd-vo Politekhnicheskogo universiteta, 2009. 250 p.
11. Spravochnik po resursam vozobnovliaemykh istochnikov energii v Rossii i mestnym vidam topliva (poka-zateli po territoriiam) [Reference on resources of renewable energy sources in Russia and local types of fuel (territorial parameters)]. Pod redaktsiei P. P. Bezrukikh. Moscow, IATs «Energiia», 2007. 272 p.
The article submitted to the editors 22.04.2016
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Ol'khovik Evgeniy Olegovich - Russia, 198035, Saint-Petersburg; Admiral Makarov State University of Maritime and Inland Shipping; Candidate of Technical Sciences; Assistant Professor of the Department "Bases of Engineering Design"; [email protected].
Butsanets Artem Aleksandrovich - Russia, 198035, Saint-Petersburg; Admiral Makarov State University of Maritime and Inland Shipping; Postgraduate Student of the Department "Bases Fundamentals of Engineering Design"; [email protected].
