Солнце, воздух и вода — наши лучшие друзья?

Два года назад Ассоциация по развитию международных исследований и проектов в области энергетики «Глобальная энергия» выпустила прогноз развития мировой энергетики. В документе был обозначен спад популярности углеводородного топлива и бурное развитие возобновляемых источников энергии: ветро- и солнечной энергетики. По прогнозам авторов доклада, эти процессы активизируются ближе к середине века, к 2050-му году, а к 2070-му уголь, нефть и газ станут совсем не популярными. При этом для Сибирского региона в документе был предусмотрен несколько иной сценарий развития. Здесь эксперты отдавали преимущество не солнечной и ветровой энергетике, а ядерной, и предрекали строительство не ветропарков и солнечных станций, а мощных АЭС на современных реакторах.

Что опять «не так» с Сибирью?

По мнению тогдашнего президента «Глобальной энергии» Игоря Лобовского, снижение потребления углеводородного топлива: нефти, газа и угля — это неизбежный и единственно верный сценарий развития мировой энергетики и человеческой цивилизации в целом, но для его реализации должен совпасть ряд факторов. Во-первых, энергия, полученная от альтернативных источников, должна стать дешевле, во-вторых, их коэффициент полезного действия (КПД) должен вырасти. Это задача для ученых и инженеров на ближайшие 10–20 лет. И дальнейшие сценарии зависят от того, насколько успешно она будет решена.

Солнечную электростанцию станцию (СЭС) под Абаканом открыли в декабре 2015 года, ко Дню энергетика. На тот момент это была самая мощная станция такого типа в Сибири — 5,2 мегаватта. На 18 гектарах земли установлены более 20 тысяч солнечных модулей, которые могут вырабатывать 6,5 миллиона киловатт-часов электроэнергии в год. В перспективе площадь станции может быть увеличена до 40 гектаров.

Станция сможет обеспечивать потребность в электричестве примерно одной тридцатой части Абакана. «По грубым подсчетам, — писали СМИ, — это 12 дней в году».

Панели на солнечных станциях установлены под определенным углом, он рассчитывается с учетом рельефа местности, чтобы поймать как можно больше солнечных лучей. Выработка электроэнергии зависит от этого угла, высоты солнца над горизонтом (интенсивнее всего СЭС работает, когда солнечные лучи падают под углом в 90 градусов, это полуденное время) и времени года. Так, например, в Сибири выработка солнечного электричества летом значительно выше, чем зимой. А в Приморье зимы солнечные, а лето дождливое, поэтому солнечные станции работают в примерно одинаковом режиме.

Площадь Самарской солнечной станции (75 мегаватт) — 220 гектаров, она построена «Солар Системс», одним из крупнейших сейчас инвесторов в солнечную энергетику страны.

А самой мощной из сибирских сейчас является Майминская СЭС в Республике Алтай — 25 мегаватт, она управляется «Авелар Солар Технолоджи», «дочкой» российской энергокомпании «Хевел», которая специализируется на производстве солнечных батарей.

Самый главный аргумент за развитие возобновляемой энергетики — это ее экологичность. Да, использование энергии солнца или ветра позволяет сжигать меньше угля или газа. Но если оценить, как говорят маркетологи, продукт на всем его жизненном цикле?

Для гидроэлектростанции (ГЭС) необходимо водохранилище, и, кроме того, что это большой кусок земли, искусственное море влияет на климат. В производстве солнечных панелей используются токсичные материалы, а лопасти ветряков очищают с помощью агрессивных химических веществ, причем для обслуживания высоких установок применяются вертолеты, а они летают явно не на розовой пыльце. О последствиях при нарушении технологий эксплуатации атомных станций и говорить не приходится. Получается, нет абсолютно чистой и «зелёной» энергии, есть баланс факторов, которые надо учитывать.

Если внимательно посмотреть на характеристики объектов возобновляемой энергетики, оказывается, что «чистая энергия» требует, помимо определенных природных условий, еще и больших пространств.

Чтобы было понятнее: Самарская СЭС или СЭС Перово — это ⅓ красноярского острова Татышев (637 гектаров) или остров Отдыха (250 гектаров) почти целиком. А чтобы масштаб объектов был понятен не только сибирякам, можно сопоставить их по размеру с самой главной площадью России — Красной, возле московского Кремля (2,48 гектара). Так, Абаканская СЭС — это 7,25 Красной площади, Самарская СЭС — 88,7, а Перовская СЭС — 80,6.

Для сравнения: площадь Красноярской ТЭЦ-2 со всеми складскими и производственными помещениями и золоотвалами — 100,3 гектара (40,4 Красной площади). При этом по установленной мощности ТЭЦ-2 (465 мегаватт) превосходит Абаканскую СЭС в 93 раза, Самарскую СЭС — в 6,2, СЭС Перово — в 4,4 раза.

Но «земельный вопрос» — это просто гимнастика для ума. Гораздо важнее другой показатель, по которому оценивается эффективность работы объектов возобновляемой энергетики. Он называется КИУМ — коэффициент использования установленной мощности. Например, оборудование станции рассчитано на производство 5 мегаватт энергии, если бы солнце светило круглосуточно. Но так не бывает. И для энергосистемы, и для инвестора, и для бюджета страны, из которого частично субсидируется строительство таких объектов, важны определенные KPI. Так вот, постановлением Правительства РФ № 499 от 28 мая 2013 года для солнечной энергетики порог эффективности определен в 14%. То есть, если СЭС в среднем в месяц работает на 14% своей мощности, — это плановый показатель. Для ГЭС (это тоже объект возобновляемой энергетики) КИУМ — 38%, для ветряной станции — 27%. Если станция показывает эффективность ниже эталона, энергокомпанию штрафуют. Это должно стимулировать инвестора более тщательно подходить к выбору места и использовать максимально эффективную технологию. Средний КИУМ по всем тепловым электростанциям СГК за 2018 год составил 48%, по разным ТЭЦ и ГРЭС он варьируется от 35% до 76%.

Вице-президент НП «Энергоэффективный город» Сергей Белобородов в своей статье о перспективах развития различных видов генерации (журнал Энергосовет, № 1 за 2018 год) приводит данные о фактических КИУМ ветряных и солнечных станций.

Коэффициент использования установленной мощности электростанций ЕЭС России

КИУМ СЭС в 2016 году составил около 13,5%, в 2017 году (по итогам полугодия) показатели соответствуют эталону, делает выводы исследователь. По данным Минэнерго, в 2018 году КИУМ солнечных станций составил 14,6%. То есть солнечная энергетика по производственным показателям близка к эталонному значению, но пока не очень стабильна. Это и есть одна из двух задач, которые необходимо решить ученым и инженерам.