Ещё совсем недавно энергетика Казахстана была избыточной. В 2017 году избыток выработки электроэнергии составил 4,53 млрд кВт-ч. Однако, происходящие в мире события привели к тому, что за последнее время имеющиеся в энергосистеме резервы мощности оказались исчерпаны. По информации, из избыточной, энергетика республики превращается в дефицитную.
Акценты в направлении развития энергетики Казахстана, а также причины и следствия рассмотрел доктор технических наук, профессор, Академик Энергетической академии и АН Высшей школы, эксперт Федерального реестра экспертов научно-технической сферы МОН РФ ФГБНУ НИИ РИНКЦЭ, экс-ректор АУЭС, экс-президент Союза инженеров-энергетиков, заслуженный энергетик СНГ и Республики Казахстан Герман Геннадьевич Трофимов в своей статье, опубликованной в журнале Вестник Союза инженеров-энергетиков №3(78)2021 «ЭНЕРГЕТИКА». Специально для читателей E2nergy публикуем с дополнениями автора.
Проведённый анализ показывает, что потребление электроэнергии в Казахстане растёт опережающими темпами. Ежегодный прирост производства электроэнергии за последние пять лет составлял 2 %, тогда как прирост её потребления — 3 %. По прогнозам потребление в Казахстане продолжит расти. За 6 месяцев 2021 года потребление электроэнергии в Казахстане выросло на 6,1 % по сравнению с уровнем потребления за аналогичный период 2020 года. И хотя производство электроэнергии также возросло на 7,1 % от аналогичного периода 2020 года, однако суммарный объём спроса за 6 месяцев практически ежедневно в 1,5 раза превышал объём предложения.
В связи с чем, Президент Казахстана Касым-Жомарт Токаев поручил правительству разработать энергетический баланс республики до 2035 года. А 1.09.2021 г. он обратил внимание парламента на то, что к 2030 году в Казахстане может наступить дефицит электроэнергии. Он подчеркнул, что этот вопрос необходимо рассмотреть и с точки зрения развития инженерного дела, и обратить внимание на мирный атом.
Для Казахстана наличие дефицита мощности имеет особое значение, так как Казахстан — индустриальная страна, в которой доля электроэнергии в промышленности в 2017 г. составляла 59 %, причём до сих пор Казахстан остается одной из самых энергоёмких стран в мире. Дефицит электроэнергии может нанести значительный ущерб экономике республики.
К сожалению, в республике отсутствует долгосрочная стратегия по развитию сектора энергетики, которая могла бы пролить свет на планы использования разных типов генерации в энергетике республики и устранения дефицита в краткосрочном или долгосрочном периоде.
Поэтому уже сегодня приходится искать выход и выбирать путь ликвидации создавшегося дефицита мощности. Причём в первую очередь следует решить вопрос о многолетнем дефиците энергии на юге Казахстана. Отмечается, что на юге республики участились перебои электроснабжения. Именно здесь, вероятно, в первую очередь необходимо разместить энергетические мощности для покрытия этого дефицита, что также будет способствовать снижению общего дефицита мощности в республике. В этих условиях естественно напрашивается вопрос — а за счёт каких энергоносителей можно преодолеть имеющийся дефицит?
Полагаю, что устранение дефицита мощности в электроэнергетике республики связано с более глобальным вопросом выработки концепции развития генерирующих мощностей в энергетическом секторе Казахстана. Только такой путь, направленный в будущее, с учётом минимальных экономических издержек и тенденций развития мировой энергетики необходим для республики.
Устремляясь в будущее развитие энергетического сектора республики, целесообразно представлять себе и перспективы развития энергетики в мире. Эти знания необходимы чтобы, учитывая мировые тенденции, выработать то решение, которое окажется наиболее рациональным для развития электроэнергетики в Казахстане.
Совсем недавно DNVGL, международный сертификационный и классификационный центр в энергетическом секторе, представил свой новый отчёт “ENERGY TRANSITION OUTLOOK 2021, A global and regional forecast to 2050”, в котором дан перспективный прогноз мирового энергетического развития до 2050 года.
На Рис.2 показаны перспективы мирового производства электроэнергии по типам электрических станций, а на Рис.3 дан прогноз потребления первичной энергии.
Из отчёта видно, что солнечная генерация станет крупнейшим производителем электричества в мире (36%), а её установленная мощность достигнет 11,5 ТВт.
Гибридные объекты «солнце плюс система накопления энергии» станут распространённым типом электростанций, на которые придётся 12% вырабатываемой электроэнергии в 2050 году.
Увеличивается доля ГЭС, а также ветровой и газовой генерации. Роль атомной энергетики практически не изменится. В тоже время роль угольной генерации и потребления угля понизятся.
Отметим, также, что и вопрос снижения дефицита мощности и процесс развития энергетики связаны не только с проведением разумной технической и государственной политики, но и с привлечения финансовых ресурсов государственного и частного сектора и инвестиций разного рода к более зеленой глобальной экономике республики. Учитывая, что как для устранения дефицита, так и для перспективного развития энергетики, требуются немалые вложения целесообразно оценить стоимость электроэнергии, получаемой от различных источников.
Лучше всего для этой цели подойдет показатель — нормированная стоимость энергии, или выровненная стоимость электроэнергии (LCOE).
Он является показателем средней чистой приведенной стоимости производства электроэнергии для генерирующей станции за весь срок её службы и используется для планирования инвестиций и для сравнения различных методов производства электроэнергии на постоянной основе.
LCOE также представляет собой средний доход на единицу произведенной электроэнергии, который потребуется для возмещения затрат на строительство и эксплуатацию генерирующей установки в течение предполагаемого финансового срока службы и рабочего цикла. LCOE как показатель затрат на производство 1 мегаватта электроэнергии в час определяется для конкретного технологического решения и включает капитальные затраты, затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание, коэффициенты использования установленной мощности и затраты на топливо, поделённые на ожидаемую продолжительность жизненного цикла системы.
Обычно нормированная стоимость электроэнергии рассчитывается на 20-40 лет жизненного цикла и даётся в единицах стоимости на кВт-ч, или на МВт-ч. Показатель LCOE позволяет сопоставлять стоимость электроэнергии, получаемой из различных источников.
Показатель LCOE приведенный в английском варианте Wikipedia (Levelized cost of energy) показан на Рис.4а, а в русском варианте Википедии (Нормированная стоимость электроэнергии) на Рис.4б.
Исходя из этого, рассмотрим перспективы развития энергетики Казахстана, целесообразность и возможность использования различных источников в энергетике республики.
При этом необходимо также учесть, что в энергетике мира произошли революционные изменения. Раньше электроэнергетика состояла из трёх самостоятельных частей: генерация электроэнергии, передача и распределение электроэнергии, и потребление электроэнергии которые были связаны одной цепочкой. Сегодня ситуация изменилась — появились накопители энергии, которые нарушили последовательную традиционную структуру электроэнергетики, так как они с успехом могут подсоединяться к любому из звеньев этой цепочки и помогать ему выполнять предназначенные им функции. Кроме того, и для нас это особенно важно, накопители функции, а также устранять дефицит мощности в системе. Поэтому в концепции развития энергетики обязательно должна присутствовать часть, относящаяся к накопителям, как источникам не только маневренной мощности, но и кратковременным источникам энергии.
Кроме того, в концепцию развития энергетики необходимо включить и проблему устранения дефицита мощности на юге объединённой энергосистемы Казахстана. Это связано с тем, что решить эту проблему можно не за счёт установки дополнительных источников энергии, а за счёт современного способа модернизации электрической сети, который уже в течении многих лет применяется в энергосистемах многих стран мира, но пока не нашёл применения в энергетике республики Казахстана и определении возможных источников энергии у нас есть выбор между продолжением и наращиванием угольной генерации, дальнейшим развитием гидроэнергетики и способностей газовой генерации, развитием возобновляемых источников, возрождением атомной энергетики, прерванной после закрытия атомного реактора БН-350 в Актау и развитием накопителей энергии разного рода в энергосистеме.
Рассмотрим эти направления.
Угольная генерация
Мавр сделал свое дело, мавр может уходить.
Фраза из пьесы «Заговор Фиеско в Генуе» немецкого поэта Иоганна Фридриха Шиллера.
Альтернативы дешёвой угольной генерации электрической энергии сегодня в Казахстане нет. Самые крупные электрические станции Казахстана, это Экибастузская ГРЭС-1 (мощность электростанции составляет 4000 МВт) и Экибастузская ГРЭС-2 (мощность электростанции составляет 1000 МВт), работают на угле. Может быть есть смысл вспомнить советский проект, в соответствии с которым собирались построить 4 электростанции в этом регионе, мощность каждой из которых должна была составлять 4000 МВт? Они могли бы удовлетворить не только потребность Казахстана, но и передавать энергию в Россию и на Запад. Или, завершив полную модернизацию Экибастузской ГРЭС- 1, приступить к модернизации Экибастузской ГРЭС-2 и нарастить её мощность до 4000 МВт?
Однако, время ушло. Ситуация изменилась. А вместе с ней и отношение к угольной энергетике.
С начала нашего века экологические проблемы привлекли внимание мирового сообщества. Большинство ученых сошлись во мнении, что выбросы загрязняющих веществ и парниковых газов от производства электроэнергии на основе ископаемого топлива составляют значительную часть мировых выбросов парниковых газов. Евросоюз обратил внимание на более «чистые» источники генерации электроэнергии.
Это привело к падению спроса на угольную энергетику со стороны европейских стран и постепенной переориентации их на газ и ВИЭ.
Еще в 2017г. Европейская ассоциация производителей электроэнергии (Eurelectric) приняла решение о том, что развитие угольной энергетики неперспективно и опубликовала заявление об отказе её членов от планов строительства новых угольных электростанций после 2020 года. И хотя заявление Ассоциации не содержит обязательств закрыть действующие станции, но в целом оно признает, что использование угля несовместимо с борьбой с изменениями климата и что данное решение является бесповоротным.
А Европейская компания Climate Analytics, основанная в 2008 году, для решения проблем изменения климата, вызванного деятельностью человека в этом же году предложила странам Евросоюза поэтапно отказаться от всех своих угольных электростанций к 2030 году, если он хочет достичь долгосрочных целей Парижского соглашения по температуре.
На это ссылается и крупнейшая европейская коалиция, занимающаяся проблемами климата и энергетики CAN Europe, которая работает над предотвращением опасного изменения климата и продвижением устойчивой климатической и энергетической политики в Европе. Она насчитывает более 130 организаций-членов из более чем 30 европейских стран, представляющих более 44 миллионов граждан.
Как же в Европе продвигается это решение? 22 июля аналитический центр Ember (Великобритания) опубликовал отчёт о состоянии рынка электроэнергетики стран ЕС в первом полугодии 2020 года. В выводах отчёта указывается, что в Европе процесс отказа от угля ускоряется. Доля угля в целом по ЕС с 2016 года сократилась уже вдвое и составляет сейчас всего 12%. Угольная генерация в Германии в первой половине 2020 года впервые оказалась ниже, чем в Польше, которая по этому показателю вышла на первое место в Европе. Остальные 25 стран ЕС суммарно вырабатывают столько же электроэнергии на угольных электростанциях, сколько одна только Польша. И хотя большинство стран, включая Германию, уже определили стратегию постепенного отказа от угля, Польша пока не представила свой план.
Однако отметим, что несмотря на то, что в планах Евросоюза чётко обозначался дальнейший отказ от углеводородных («грязных») источников генерации, сложившаяся ситуация с отсутствием ожидаемого ветра в конце 2020г. — начале 2021г. привела к противоположному эффекту — увеличился спрос на газ, уголь и связанную с ними энергетическую промышленность. Например, только за первое полугодие 2021 года на территории ФРГ доля угольной генерации увеличилась на семь процентов, если сравнивать с прошлогодними показателями за этот период; в Великобритании рост производительности угольных ТЭС вырос почти на 200%.
В девяти странах ЕС используется газ. Отметим, что если в Европе уголь замещается ВИЭ, то в США его заменяет газ. В тоже время азиатские развивающиеся страны сохраняют статус крупнейших потребителей угля, и не планируют сокращать потребление угля в краткосрочной и среднесрочной перспективе.
На сегодняшний день уголь по-прежнему остается главным источником мировой энергетики. В намечаемом прогнозе увеличения мирового потребления энергии на 60% через 20 лет Международное энергетическое агентство, тем не менее, предсказывает увеличение его использования с учётом применения современных высокоэффективных технологий, позволяющих снизить влияние добычи угля и угольной генерации на окружающую среду. Однако в материалах DNVGL, как мы видели из Рис.3, доля угольной генерации оказывается значительно сниженной относительно 2019 года. Это говорит о том, что новые угольные станции вводиться не будут. А старые тихонько будут дорабатывать свой ресурс с использованием современных технологий очистки.
Однако невозможность ставить ставку в снижении дефицита мощности в республике на угольную энергетику ясно и по другим причинам. В мае этого года президент республики Касым-Жомарт Токаев в видеообращении на Глобальном круглом столе по вопросам добывающих отраслей сказал, что Казахстан намерен достичь углеродной нейтральности к 2060 году. Он отметил, что приверженность Казахстана развитию декарбонизированной экономики не имеет альтернативы.
По его словам, Казахстан первым в СНГ ратифицировал Парижское соглашение и стал первопроходцем в принятии активной климатической политики, направленной на достижение Целей устойчивого развития и напомнил, что намерение Казахстана достичь углеродной нейтральности к 2060 году было анонсирована в ходе Саммита по амбициозным задачам в связи с изменением климата в декабре 2020 года.
На основании этого, чтобы обеспечить углеродную нейтральность, Казахстан должен идти по пути развития безуглеродной энергетики, что показано на Рис.5.
Таким образом, так как Президентом уже обозначен путь достижения Казахстаном углеродной нейтральности к 2060 году, то в условиях нарастающего энергодефицита развитие электроэнергетики республики принципиально может происходить только за счёт ускоренного развития гидроэнергетики, энергетики атомной и ВИЭ. Только эти технологии способны обеспечить нулевые выбросы углекислого газа.
Сложившаяся ситуация с изменением отношения к угольной генерации совсем не проста для Казахстана, так как сегодня почти 70% производства электроэнергии в стране зависит от угля. Это естественно для республики, поскольку Казахстан занимает 7 место в мире по объёму доказанных запасов угля и поэтому их хватит на сотни лет, даже при самом активном наращивании добычи.
На отдельных тепловых станциях республики можно за счёт смены типа угля и использования технологий, разработанных в КазНИИ Энергетики им. Ш. Ч. Чокина, надеяться на значительное сокращение выбросов. Однако надежд на улучшение процесса сжигания экибастузского угля у меня нет.
При установившейся парадигме безуглеродной энергетики угольная генерация должна будет прекратить свое существование.
Для снижения зависимости энергетического баланса республики от угольной генерации в настоящее время разрабатывается Концепция низкоуглеродного развития Казахстана до 2050 года.
Продолжение следует …
Герман Геннадьевич Трофимов
Направления развития электроэнергетики Казахстана: путь устранения дефицита мощности Южного региона
Направления развития электроэнергетики Казахстана: Система накопления электрической энергии
Направления развития электроэнергетики Казахстана: Атомная энергетика
