Газовая генерация или "чистая энергетика"? К вопросу модернизации энергосистемы

«Наша энергетическая система является одной из самых больших, самых сложных и самых дорогих машин в мире, но ключевая инфраструктура старая и продолжает изнашиваться».. Это пишет известный исследовательский центр, Rocky Mountain Institute (RMI) про энергосистему США в своей новой работе «Экономика чистых энергетических портфелей».

Порядка 50% мощностей тепловой генерации в Штатах к 2030 году, вероятно, будет выведено из эксплуатации по причине износа.

В связи с тем, что угольная генерация – это, очевидно, прошлое энергетики США (она экономически неконкурентоспособна), замена выбывающих мощностей будет происходить с помощью других технологий.

В США добывается много природного газа, он дешев, и газовая генерация вышла не первое место по объему выработки. Для замены выбывающих мощностей газовыми электростанциями потребуется $520 млрд долларов инвестиций. Их затраты на топливо до 2030 года оцениваются в $480 млрд долларов. То есть речь идет об одном триллионе долларов расходов, которые должны понести клиенты (потребители) и владельцы газовых электростанций.

Рациональны ли эти траты?

Кроме того, ввод в эксплуатацию таких объемов газовой генерации даст 5 млрд тонн выбросов СО2 только до 2030 года, и приведет также к выбросам метана, являющегося более сильнодействующим газом с точки зрения парникового эффекта.

RMI считает, что электростанции, работающие на природном газе, не являются единственным вариантом, способным заменить «вышедшие на пенсию» объекты. Возобновляемые источники энергии, в том числе ветровые и солнечные электростанции, распределенные энергоресурсы, включая батареи, за последние 10 лет резко упали в цене. В то же время опыт работы энергетиков и электросетевых операторов с этими ресурсами продемонстрировал их способность предоставлять множество, если не все, сетевых услуг, обычно предоставляемых тепловыми электростанциями. Вместе эти технологии можно объединить в «чистые энергетические портфели», которые могут предоставлять те же услуги, и во многих случаях с чистой экономией средств.

RMI провел исследования (case studies) проектов четырех электростанций на природном газе, которые в настоящее время предлагаются для строительства в разных регионах страны. Две из них будут работать в базовом режиме с высоким КИУМ 63-90% (парогазовые электростанции – CCGT), две – с низким КИУМ. Институт обнаружил, что в трех из четырех случаев оптимизированные портфели возобновляемых источников энергии и других безуглеродных ресурсов могут заменить газовую генерацию, обеспечив экономию затрат (net costs). В особенности это касается сравнения с газовыми пиковыми электростанциями. Лишь в одном из сценариев (парогазовая электростанция во Флориде) «портфель чистой энергии» обойдется примерно на 6% дороже (см. график).

Важно подчеркнуть, что речь идет о нынешнем уровне стоимости «чистых» энергетических технологий. С учетом ожидаемого снижения цен на распределённую солнечную энергию и/или добавления весьма скромной цены выбросов ($7,5 за тонну СО2) чистая энергия является более дешевой альтернативой во всех случаях.

Подход RMI можно проиллюстрировать следующим примером. Какой «портфель чистой энергии» необходим для того, чтобы заменить запланированную газовую электростанцию? На рисунке показана структура такого портфеля для Западного побережья, где планируется парогазовая станция с КИУМ 63%.

Как мы видим, здесь ключевую играет ветроэнергетика, 4-х часовой накопитель энергии и инструменты управления спросом.

Почему здесь нет солнечной энергетики? Речь идёт лишь о тех элементах, которые нужно добавить в систему дополнительно в качестве альтернативы строительству газовой электростанции. Солнечная энергетика на Западном побережье присутствует в большом количестве, и её добавления для замены конкретного объекта здесь не нужно.

RMI рассматривает сценарий, в котором более половины выбывающих тепловых мощностей до 2030 года заменяются «портфелями чистых ресурсов», которые могут обеспечить такую же энергию, пиковую мощность и маневренность. При этом берутся консервативные предположения как о возобновляемых источниках энергии, так и о «распределенных энергетических ресурсах» (DER). Этот сценарий позволит перенаправить 350 млрд долларов США инвестиций в ВИЭ и DER, и избежать при этом 3,5 млрд. тонн выбросов CO2 за тот же период времени.

Анализ RMI показывает, что постоянные инновации и быстрое снижение издержек в технологиях возобновляемых источников энергии и DER позволяют внедрять чистые энергетические портфели при значительной экономии затрат, с меньшим риском, нулевым загрязнением воздуха и нулевыми выбросами углерода по сравнению с созданием новых газовых электростанций. Более того, стоимость новых энергетических технологий быстро падает и, вероятно, упадет ниже эксплуатационных (операционных) расходов эффективных газовых электростанции в течение следующих двух десятилетий.

На графике показано, что полная удельная стоимость (LCOE) «портфеля чистой энергии» упадет ниже операционных затрат парогазовых электростанций через 10-25 лет в зависимости от цен на газ (обозначены красными пунктирными линиями).

Другими словами, через 10-25 лет станет дешевле построить новые «чистые энергетические ресурсы», чем эксплуатировать уже действующие парогазовые электростанции. Что касается газовой генерации простого цикла, то этот срок наступит гораздо раньше.

В связи с этим RMI указывает на колоссальный риск обесценения активов (stranded assets) для инвесторов в новые газовые электростанции, а объявленный объем инвестиций в строящиеся или запланированные станции оценивается ни много ни мало в 112 млрд долларов США. Кроме того, еще $32 млрд планируется направить на строительство новых газопроводов.

«Продолжение «бизнеса как обычно» — строительство новой газовой генерации в то время как чистые энергетические технологии одерживают победу — обещает негативно повлиять на клиентов, инвесторов и окружающую среду более высокими затратами на энергию, риском обесценения активов, ростом выбросов и загрязнения воздуха», — предупреждает Марк Дайсон, директор RMI и один из авторов отчета.

В заключение Институт предлагает ряд подходов к планированию строительства новых энергетических объектов для регуляторов, операторов рынка, энергетических компаний, поставщиков технологий. Эти рекомендации вы можете прочитать в оригинале.

Исследование RMI вышло как раз в то время, когда в России обсуждается модернизация старых (и строительство новых) тепловых электростанций. Эксперты неоднократно высказывали опасения, что предлагаемые некоторыми энергетиками и представителями Минэнерго подходы могут привести к инвестициям в ненужные потребителям и, к тому же, морально устаревшие объекты и технологии, работающее с далеко не самой высокой, по мировым меркам, топливной и экологической эффективностью. Доклад Института лишний раз напоминает, что энергетика быстро меняется, и нужно шире смотреть на альтернативы.