журналы подразделения новости подписка контакты home

архив
2001 год
2002 год
рубрики
РЕКЛАМА

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА. Главные события месяца

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА. Ядерная энергетика

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА. Собственность

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА. Регулирование

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА. Проекты

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА. Проекты

ТЕМА НОМЕРА. Тенденции развития электроэнергетики

ГАЗ И НЕФТЬ. Нефтерынок

ГАЗ И НЕФТЬ. Сектор газа

ГАЗ И НЕФТЬ. Конфликты

ГАЗ И НЕФТЬ. Проекты

УГОЛЬ

гостям
Агентство "Стандарт" предлагает вам подписаться на экномические журналы – лидеры в своей области.
























"ТЭК" – №7, 2002

ТЕМА НОМЕРА. Тенденции развития электроэнергетики

Малая энергетика как средство решения больших проблем

В последнее время малая энергетика становится все более жизнеспособной моделью организации и функционирования энергогенерации. Ожидается, что в обозримом будущем централизованная система энергоснабжения сохранит свою роль основного источника электроэнергии, однако рассредоточенные мелкие электростанции будут все более эффективно дополнять мощности крупных предприятий и восполнять дефицит поставок – как в коммунальную сеть, так и конечным потребителям.

Основные тенденции развития сектора

Тенденция строительства малых электростанций берет начало в естественном стремлении потребителей уменьшить свою зависимость от централизованных поставок. Позднее к этому фактору добавились и другие, из которых наиболее важным оказалась забота об охране окружающей среды. Теперь же, после сентябрьских событий в США, появился еще один фактор, свидетельствующий в пользу данной тенденции – беспокойство о безопасности энергообъектов. Понятно, что создание сети мелких электростанций, обеспечивающих энергоснабжение на локальном уровне, будет способствовать повышению безопасности энергетической системы в общенациональном масштабе. Таким образом, рассредоточенные маломасштабные системы генерирования энергии становятся все более привлекательной альтернативой крупным электростанциям.

Основу сектора малой энергетики в перспективе будут составлять газовые мини-электростанции, комбинированные газопаровые системы генерирования тепла и электричества, а также водородные топливные элементы. Кроме того, будут становиться все более жизнеспособными экологически чистые альтернативы. Ожидается, что в среднесрочной перспективе маломощные установки и особенно возобновляемые источники энергии займут достойное место в системе мирового энергоснабжения. Соответствующие рыночные механизмы уже приведены в действие. Дерегулирование рынков энергии по всему миру неизбежно сопряжено с непредсказуемыми колебаниями цен, поэтому компании всех отраслей промышленности никоим образом не застрахованы от резкого роста производственных затрат. При этом собственные небольшие электростанции помогли бы им увеличить свою независимость от централизованных поставок, уменьшить закупки энергии в периоды слишком высоких цен и даже продавать ее избыток той же системе централизованного энергоснабжения.

Специфика современного бизнеса в сфере высоких технологий, а также в энергоемких отраслях промышленности служит дополнительным стимулом развития малой энергетики. Компьютерные системы поддержки "новой экономики", в первую очередь – доступа в Интернет, требуют значительно более высокого уровня надежности энергоснабжения, чем тот, которым удовлетворялись потребности старых "технологий дымовых труб". Очевидность этих перемен продемонстрировал энергетический кризис в Калифорнии – дефицит поставок привел предпринимателей к осознанию того факта, что собственные системы энергетической поддержки могли бы в условиях кризиса сэкономить им многие миллионы долларов.

Изменилось отношение к малой энергетике и у Всемирного банка, который раньше активно поддерживал только крупномасштабные энергетические проекты. По мнению его специалистов, возобновляемые источники и маломощные электростанции представляют перспективный путь обеспечения энергией двух миллиардов человек, которые в настоящее время вынуждены обходиться без электричества. По прогнозу инвестиционного банка Dresdner Kleinwort Wasserstein, который провел исследование рыночной ситуации в сегментах возобновляемых источников энергии и мини-электростанций, следует ожидать быстрого увеличения спроса на эти системы в сельской местности развивающихся стран.

Правда, в настоящее время маломощные электростанции еще не получили широкого распространения и их вклад в мировое производство энергии пока невелик. Тем не менее за последние несколько лет предприятия сектора значительно увеличили объемы своих продаж, и современные рыночные тенденции свидетельствуют, что перед малой энергетикой открываются весьма неплохие перспективы. Об этом, в частности, свидетельствует и рост спроса на маломощные турбины для мини-электростанций. Например, в прошлом году американская компания Capstone Turbine, специализирующаяся на производстве микротурбин, увеличила объем своих продаж на 50%. Правда, такой подъем произошел, главным образом, в связи с калифорнийским энергетическим кризисом и, тем не менее, это свидетельствует о довольно четких тенденциях в развитии мировой электроэнергетики. По словам руководителей Capstone, в первом квартале текущего года в США спрос на это оборудование уменьшился, зато в Европе он увеличился до рекордного уровня, и быстро растет потребление таких систем в Японии.

Преимущества и недостатки малой энергетики

В Европе и США забота о состоянии окружающей среды представляет собой предмет особого внимания общественности и правительств. Соответственно, именно в странах Запада наиболее интенсивно проводятся разработки и внедрение экологически чистых систем генерирования энергии. Законодательство Великобритании обязывает энергетические компании страны к 2010 году довести долю энергии, генерируемой экологически чистыми системами, до 10%. В Германии тоже принят закон о возобновляемых источниках энергии – им предоставлен приоритет при утверждении всех новых проектов. Кроме того, с 1 января 1999 года в этой стране осуществляется план широкомасштабного внедрения солнечных батерей: предполагается установить фотоэлектрическое оборудование на 100 тыс. крыш и фасадов жилых и промышленных зданий. С точки зрения объема инвестиций, это самая масштабная в мире программа внедрения солнечных технологий производства энергии. Она предусматривает создание 300 МВт энергогенерирующих мощностей в течение шести лет – помимо других экологически чистых систем производства энергии, продвижение которых на рынок хотя и не будет финансироваться за счет этой программы, но получит дополнительный стимул для ускоренного внедрения. В свою очередь, в Дании и других странах северной Европы быстро увеличивается количество ветряных электростанций. В США распространены обе эти модели, и особой популярностью возобновляемые источники пользуются в сельской местности.

Сравнительно высокая стоимость генерирования энергии при помощи экологически чистых технологий компенсируется возможностью их автономного функционирования. Кроме того, технологический прогресс постепенно приводит к уменьшению этих затрат, а внедрение возобновляемых источников в массовое производство обеспечит значительное снижение их себестоимости. При этом они не требуют снабжения природным топливом, что само по себе представляет огромное преимущество.

Другой принципиальный недостаток альтернативных систем состоит в невозможности непрерывного генерирования энергии и острой зависимости их функционирования от климатических и погодных условий. Например, с точки зрения производителей ветряных турбин, владельцы таких установок могут быть твердо уверены лишь в том, что 20-30% необходимой энергии они будут стабильно получать за счет собственной генерации. Правда, в данном случае "стабильность" – не совсем подходящий термин, поскольку трудно предсказать день и час, когда ветер будет сильным или когда наступит полный штиль. Разумеется, это вносит существенную неопределенность в планирование поставок энергии, генерируемой за счет использования ветра. Однако подобные турбины обычно размещают в местах, которые наиболее подвержены сильным ветрам. Кроме того, технологии предсказания погоды постоянно совершенствуются, и это тоже приводит к уменьшению масштабов неопределенности.

В свою очередь, производители солнечных батарей утверждают, что последние технологические разработки привели к созданию материалов, позволяющих значительно увеличить эффективность процесса прямого преобразования солнечной энергии в электрическую. Например, американская компания Atlantis Energy выпускает системы, которые, по собственным оценкам компании, способны генерировать до 90% электроэнергии, потребляемой жилым зданием. Фотоэлектрический шифер производства Atlantis Energy продается с 10-летней гарантией, причем само исполнение солнечных элементов в виде кровельного материала обеспечивает значительное снижение их стоимости и последующих эксплуатационных расходов по сравнению с традиционными подвесными установками.

И все-таки зависимость поставок энергии от погодных условий или времени суток создает серьезные препятствия массовому распространению солнечных батарей и ветряных турбин. Если подобные системы периодического действия составляют значительную долю (более 25%) мощностей местной энергогенерирующей сети, то бесперебойность поставок можно обеспечить, только если предусмотрены соответствующие способы резервирования энергии. Например, для отдельных ветряных турбин или солнечных батарей, установленных в малонаселенных районах, с этой целью можно использовать традиционные аккумуляторы. В случае более крупных электростанций, представляется целесообразным сохранять энергию путем накачивания воды в расположенные на возвышении резервуары, либо – разложением воды на водород и кислород. Разрабатываются и другие системы хранения энергии, в том числе – в виде сжатого воздуха и крупных аккумуляторных батарей. В любом случае создание мощностей для хранения энергии стоит очень дорого, и если в них возникает необходимость, то затраты, сопряженные с использованием возобновляемых источников, резко увеличиваются. Поэтому следует ожидать, что в обозримом будущем эти системы будут играть хотя и весьма значимую, но все же вспомогательную роль.

Ветроэнергетика

Из различных альтернативных технологий производства энергии, наилучшие перспективы в среднесрочном плане просматриваются у ветроэнергетических систем. На протяжении большей части прошлого столетия их использовали, главным образом, в отдаленных районах, не подключенных к центральной сети энергоснабжения. Ситуация резко изменилась в начале 70-тых, когда разразился "энергетический кризис" и цены на нефть буквально взлетели. Именно в те времена отношение к ветряным электростанциям радикально изменилось – их стали воспринимать как серьезный источник энергии. Это создало стимул для развития технологий, появились новые конструкции ветряных турбин, и самое главное – снизилась стоимость их производства. Дополнительную мотивацию для дальнейшего развития отрасли обеспечили власти Калифорнии – в этом штате была введена льготная система налогообложения. В настоящее время суммарная мощность всех ветряных электростанций в мире составляет уже около 25 ГВт. Большая их часть расположена в Калифорнии и в Дании. В Канаде их использование по-прежнему сосредоточено в отдаленных районах, однако на юге Альберты уже начинается реализация проектов строительства ветряных электростанций, которые будут включены в общую сеть поставок электроэнергии.

Прогресс в сфере технологий обеспечивает быстрое снижение стоимости таких систем – одновременно увеличивается и их надежность в эксплуатации. Средняя стоимость энергии, генерируемой ветряными турбинами, уменьшилась с 15-20 цент/кВт-ч в 80-тых до 7-9 цент/кВт-ч в настоящее время. Это уже сопоставимо с уровнем затрат электростанций, использующих ископаемое топливо, и дешевле, чем производство энергии западными атомными электростанциями. Такого резкого снижения затрат удалось добиться, главным образом, за счет увеличения надежности ветряных турбин – современные установки можно эксплуатировать 95-98% времени.

В современных турбинах используются два типа конструкции – на горизонтальной или вертикальной осях. Несмотря на различную форму, основные механизмы этих двух систем не имеют различий принципиального характера. Кинетическая энергия ветра передается лопастям турбин, а затем через трансмиссию – электрическому генератору. Трансмиссия нужна для того, чтобы обеспечить наиболее эффективное функционирование генератора во всем диапазоне изменения скорости ветра. В соответствии с новейшими тенденциями, оптимальной считается классическая датская концепция – конструкция с тремя лопастями и ротором, размещенным с той стороны башни, откуда дует ветер. Перемещение системы в нужное положение при изменении направления ветра осуществляется электродвигателями.

Размеры современных турбин варьируются в широком диапазоне: от небольших – мощностью 100 Вт, предназначенных для энергоснабжения отдельных жилых домов или коттеджей, до огромных установок с диаметром лопастей до 50 м, способных генерировать более 1МВт электроэнергии. В настоящее время промышленность преимущественно выпускает турбины, установленные на горизонтальных осях, с тремя лопастями диаметром 15-30 м. Мощность таких турбин составляет 50-350 кВт; их часто группируют в "ветряные фермы", поставляющие энергию в централизованную сеть. В Канаде, где имеются обширные территории с весьма умеренной скоростью ветра, предпочитают использовать турбины на вертикальных осях – при слабых ветрах они функционируют эффективнее.

Для эффективного функционирования турбин огромное значение имеет место их размещения. В общем случае, скорость ветра увеличивается с высотой. Поэтому большую часть турбин располагают на вышках, хотя их высота обычно не превышает 30 м – из-за ограничений, которые связаны с прочностью доступных материалов. На ветряных электростанциях турбины обычно располагают друг от друга на расстоянии 5-15 диаметров лопастей. Эта дистанция необходима, чтобы избежать воздействия турбулентности, возникающей при прохождении ветра через каждую из турбин, на функционирование остальных.

В настоящее время ветряные электростанции интенсивно используются в четырех основных сферах:

l Энергоснабжение в отдаленных районах, в которых маленькие ветряные установки часто оказываются самыми недорогими источниками энергии. Турбины для этих систем имеют весьма простую конструкцию и могут долгое время функционировать без человеческого вмешательства даже в суровых климатических условиях. Обычно их применяют для поддержки телекоммуникаций, энергоснабжения жителей сельской местности и на водонасосных станциях. В отдаленных районах более чем 70 стран установлены маленькие ветряные турбины американского производства.

l Централизованная сеть местного уровня, где ее функции состоят в обеспечении энергией расположенных поблизости жилых домов, ферм и предприятий. Поскольку в среднем ветряная турбина генерирует электричество только 25-30% времени, это важный источник энергии в регионах, где ветры зависят от сезона или где системы хранения энергии экономически нецелесообразно подключать к коммунальной сети.

l Энергоснабжение в регионах, где ветряные электростанции могут представлять важный источник энергии для централизованной сети. Например, на холмах Южной Калифорнии установлены тысячи таких турбин.

l Гибридные системы. В отдаленных районах ветряные электростанции часто включают в дополнительные системы генерирования энергии – дизельные генераторы и солнечные батареи. Такие гибридные системы обеспечивают повышенную надежность энергоснабжения и эксплуатационную гибкость.

По оценкам промышленных экспертов, многие страны, включая США, Великобританию и Данию, легко могли бы обеспечивать 20-40% своих потребностей в электроэнергии за счет ветряных турбин. По мнению аналитиков, в течение ближайших нескольких лет суммарная по миру мощность ветряных электростанций будет увеличиваться со скоростью 20-25% в год. Этот рост будет происходить за счет реализации новых проектов. Перспективы рынка альтернативных источников этого типа становятся настолько привлекательными, что даже крупнейший в мире производитель газовых турбин – группа General Electric – приняла решение расширить свою деятельность в этом направлении. Недавно группа приобрела у обанкротившейся Enron ее дочернюю фирму, которая специализируется на производстве оборудования для ветряных электростанций. Эта компания занимает четвертое место в мире по объему производства ветряных турбин.

Солнечная энергетика

В настоящее время фотоэлектрическая энергетика – самый гибкий способ производства энергии. Его применение варьируется от микросистем, рассредоточенных по обширным территориям, до крупномасштабных электростанций. Эту технологию можно использовать в любых регионах мира – безотносительно к географии и климатическим условиям. Тем не менее это одновременно и наиболее высокозатратная из "солнечных" технологий. Вероятно, именно по этой причине все политические инициативы прошлого, направленные на внедрение фотоэлектрических процессов генерирования энергии, были в большей или меньшей степени убыточны.

Долгое время основу финансирования сектора составляли прямые субсидии или кредиты с низкими процентными ставками. В большинстве случаев добиться подобных субсидий было весьма непросто – это было сопряжено с преодолением огромного количества бюрократических рогаток. Кроме того, этот источник инвестиций всегда был крайне ограничен – обычно денег хватало не более чем на несколько недель. При этом объем финансирования на каждый последующий год был еще и весьма неопределенным, что крайне затрудняло планирование. Отрасль не имела возможности разрабатывать долгосрочные инвестиционные программы и маркетинговые стратегии.

Позднее был запущен механизм льготного налогообложения предприятий, которые выпускали и устанавливали солнечные батареи. Однако эта система была отменена, когда развитие солнечной энергетики достигло уровня, на котором эта сфера деятельности оказалась достаточно инвестиционно привлекательной и без предоставления налоговых льгот. И все же данный сектор энергетики пока еще остается высокозатратным и не способен обходиться без внешней поддержки. С точки зрения производителей отрасли, одной из форм такой поддержки может быть предоставление фиксированных субсидий, предназначенных для покрытия затрат на установку солнечных батарей при строительстве новых зданий. Кроме того, большую пользу могла бы принести система предоставления займов с льготными процентными ставками.

Запущенная в Германии программа "Сто тысяч крыш" может значительно ускорить процесс перемещения технологии от рыночных ниш к массовому производству фотоэлектрических систем, предназначенных для широкого применения. Впервые в истории эта программа обеспечивает отрасли надежную базу для долгосрочного планирования инвестиций. Ее основная цель – дать сектору толчок, необходимый для перехода на качественно новый уровень: от развития на основе субсидий к рыночной системе финансирования за счет заказчиков. При этом очевидно, что подобная задача может быть решена только объединенными усилиями производителей солнечных элементов, сборочно-монтажных фирм, банков и заказчиков. Авторы программы рассчитывают, что ее осуществление значительно ускорит промышленное внедрение солнечных систем, что позволит обеспечить экономию на масштабах. В свою очередь, это создаст стимул для широкого распространения технологии как в развивающихся, так и в индустриальных странах и послужит средством мотивирования других правительств к разработке аналогичных или даже более масштабных программ.

В Великобритании тоже наблюдается ощутимый прогресс в секторе фотоэлектрических технологий, но развитие идет другим путем – проблема выживания отрасли решается на рыночной основе. Например, одна из крупнейших частных компаний сектора производства солнечных батарей, Intersolar, разработала несколько необычную маркетинговую стратегию. Ее основная идея – продавать фотоэлектрические источники на этапе строительства зданий, что будет обходиться потребителям значительно дешевле, чем приобретать их дополнительно как самостоятельный товар.

Как Intersolar, так и другие производители этого профиля, в том числе AstroPower из США, намереваются продвигать свою продукцию на рынок путем создания совместных предприятий с компаниями, которые специализируются на строительстве жилых зданий. По словам менеджеров Intersolar, практика свидетельствует, что покупать более дорогие солнечные батареи готовы многие, но в будущем для их производителей будет выгоднее продавать не батареи, а энергию. В долгосрочной перспективе эти компании намереваются устанавливать фотоэлектрические источники за свой счет и сами же будут обеспечивать их нормальное функционирование, а произведенное электричество поставлять владельцам зданий.

Галина РЕЗНИК, по материалам FT

 
© агенство "Стандарт"