Экономика на батарейках
Экономить и копить: страны, не развращенные сырьевым изобилием, давно живут по столь важным принципам. Подтверждают это масштабы использования систем накопления энергии - США, Чили, Япония, Германия, Дания уже несколько лет с успехом их применяют.
На подобном фоне российские энергетические компании смотрятся гораздо слабее: даже потребности сочинской Олимпиады в накоплении энергии обслуживала американская Ener1. В СМИ появлялась информация, что проект стоил $50 млн.
Накопим для Крыма?
А между тем использование инновационных разработок в данной области могло бы, например, решить проблемы независимого энергоснабжения нового российского полуострова. "Поскольку в Крыму много объектов возобновляемой энергетики, применение накопителей энергии позволит в значительной степени решить проблемы энергоснабжения и может рассматриваться в качестве альтернативы линиям, передающим энергию с материковой части России", - подтверждают в пресс-службе "Русгидро".
Известно, что "Русгидро" и ВЭБ заинтересовались проектами по строительству станций возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в Крыму. Для их бесперебойной работы и увеличения мощности и могут использоваться накопители энергии. Это позволит существенно сократить заявленные миллиардные расходы на прокладку новых ЛЭП. Да и модернизация сетевого оборудования будет обходиться дешевле: из-за уменьшения сетевой нагрузки износ тоже станет снижаться.
Необходимость промышленного накопления энергии имеет огромное значение для обеспечения качественного и бесперебойного энергоснабжения, потому что эта технология позволяет сгладить разрывы в графиках потребления и нагрузки. "Что касается технологий накопления энергии в энергоустановках на источниках возобновляемой энергии, то для них применение накопителей энергии является критической технологией, без которой использование возобновляемых источников энергии сопряжено с рядом проблем", - считает Алексей Сурков, генеральный директор компании "Лиотех" (проектная компания "Роснано"; создана в 2010 г. для решения стратегических национальных задач энергосбережения и перевода транспорта на экологически чистую энергию).
Технология легко нашла бы применение и в других регионах России, где энергосистемы изолированы. Это позволило бы снизить расходы на дизельное топливо, а значит, решить проблемы не только экономики, но и экологии.
Но и там, где действуют классические схемы производства и распределения энергии, накопители являются необходимым звеном "умных" сетей, распределяющих ресурсы в зависимости от потребности или от их стоимости.
Аккумулятор возможностей
"Безусловно, системы накопления энергии (СНЭ) - это решения XXI века. В потенциале они способны поменять всю систему энергетики, сделать потребителя наряду с поставщиком таким же полноправным субъектом, оптимизировать работу генерации и сетей, выровнять пики, уменьшить износ оборудования", - утверждает Алексей Сурков.
Сегодня суточные колебания потребления электроэнергии составляют до 300% от минимума до максимума. Крупные и средние электростанции не могут изменять мощность производимой электроэнергии так быстро, как меняется ее потребление (исключение составляют ГЭС, но их нельзя строить в произвольном месте). Это противоречие может быть снято с помощью накопителя энергии, который будет аккумулировать ее в периоды перепроизводства и отдавать потребителю при возникновении дефицита, при пиковых нагрузках.
Энергоэффективность же сейчас поднята в качестве флага новой национальной энергетической стратегии. Крупнейшие компании ответили на это масштабными проектами. Так, появилась информация о том, что "Роснано" и "Русгидро" намерены завершить технико-экономическое обоснование и приступить к внедрению сетевых накопителей энергии различной мощности в изолированных энергосистемах Дальнего Востока и на арктических территориях. О схожих намерениях время от времени заявляют все крупные игроки профильного рынка, но увидеть действующие системы накопления энергии в России проблематично, в отличие от Европы и США.
"Канатоходцы" и маятник
На рынке энергонакопительных идей фиксируется большое разнообразие. Все новинки активно обсуждаются на международном форуме по проблемам разработки и внедрения этих систем, который уже семь лет проводится в Лондоне. Россия была представлена на последней профессиональной встрече в апреле весьма скромно, и, скорее, в качестве зрителя.
Тем временем в США недавно был создан макет гравитационного накопителя электроэнергии на основе канатной дороги. Если надо накапливать энергию, то она подается на моторы, поднимающие гравий в специальных лотках на гору. Если энергию надо отдавать, то гравий спускается с горы в тех же лотках под собственным весом и крутит те же моторы, работающие уже как генераторы. Мощность заряда-разряда этого аккумулятора - 50 кВт. Проект получил поддержку Билла Гейтса и вызвал достаточно серьезный инвестиционный резонанс.
Корпорация Sony совместно с канадской компанией Hydro-Quebek сосредоточились на разработке огромной литий-ионной батарейки. Еще идея - химический стартап из Портленда, делающий ставку на безопасность и дешевизну компонентов: пищевую соль и железо.
Корейские инженеры, выгодно объединившиеся с американским капиталом в компании Beacon Power, намерены строить накопитель на основе разработанной в Университете Ханьян технологии с использованием маховика.
В США же начнется строительство еще одного накопителя на сжатом воздухе: существующие модели уже более двух десятков лет успешно работают в Алабаме и Германии.
Но инновационные идеи уже давно шагнули в повседневную жизнь. Это, в частности, солнечные накопители компании SolarCity. Их могут установить владельцы недвижимости, запитанной от собственных солнечных батарей, а излишки можно даже продавать коммунальщикам. При этом для участников экопроекта действуют различные льготы.
А что же мы?
"Русгидро", для которой "накопительный" бизнес не основной, является единственной в стране компанией, на самом деле применяющей технологии промышленного накопления энергии,например, на Загорской ГАЭС и на строящейся Зеленчукской ГЭС-ГАЭС - гидроаккумулирующая электростанция в Карачаево-Черкесии (на фото). Проект "два в одном": в ночное время два агрегата перекачивают воду на высшую отметку в бассейн суточного регулирования, а утром и днем эта вода возвращается обратно через турбины в нижний бассейн, за счет чего будет осуществляться выработка электроэнергии. В результате получается своеобразная циркуляция: днем работает ГЭС, ночью - ГАЭС, и все это в рамках одного сооружения.
По информации, размещенной на официальном сайте энергетического холдинга, установленная мощность Зеленчукской станции после выхода на проектную мощность составит в турбинном режиме 140 МВт, в насосном режиме - 160 МВт, среднемноголетняя выработка электроэнергии будет достигать 162 млн кВт/ч. Полная стоимость строительства, которое планируют завершить в 2014 г., почти 11 млрд руб.
Технологии гидравлического аккумулирования энергии на сегодняшний день являются самыми эффективными для накопления большого количества энергии (гигаватты в час). Этим "Русгидро" активно занимается. Как нам сообщили в пресс-службе компании, здесь имеется большой простор для инноваций. В частности, прорабатывается вариант ГАЭС с подземным расположением здания станции и бассейна.
Есть одно "но": на данном этапе "Русгидро" не коммерциализирует свои разработки.
Почему? В "Русгидро" считают, что одна из главных проблем сегодня заключается в недостаточной гибкости энергосистемы. До сих пор не появились механизмы возврата инвестиций - ни через ДПМ, ни через рынок системных услуг. При достаточно объемной программе инвестиций в модернизацию и с учетом приоритетности реализации обязательных проектов нового строительства (в рамках ДПМ) компания не может начинать финансирование из собственных средств или привлекать заемное финансирование без гарантий возвратности этих средств. Это грозит существенными финансовыми рисками и снижением стоимости компании.
ГАЭС отличаются высокими удельными затратами строительства, длительными сроками реализации проектов и соответственно длительными сроками окупаемости. Для их реализации целесообразно использовать различные механизмы государственно-частного партнерства и проектного финансирования. За рубежом правила функционирования рынков электроэнергии различными способами обеспечивают окупаемость работы ГАЭС и стимулируют их строительство. В России подобная нормативно-правовая база находится в стадии формирования.
Кроме того, поскольку ГАЭС существенно снижают износ оборудования тепловых и атомных электростанций, затраты на их ремонт, повышают надежность энергосистемы, резко снижают риски возникновения масштабных системных аварий, их работа должна компенсироваться другими участниками через рынок системных услуг. В настоящее время создание полноценного рынка системных услуг в России также находится еще на начальной стадии развития.
При этом мы продолжаем считать строительство ГАЭС для повышения надежности и маневренности энергосистемы страны важным и нужным, особенно в увязке с действующими и строящимися АЭС. Так отвечают в пресс-службе энергохолдинга.
Вместе с тем, в компании отмечают, что в будущем расширение коммерческого партнерства возможно. "В части, например, химических накопителей, или суперконденсаторов, или маховиков, или любых других известных типов накопителей (кроме проектирования ГАЭС) мы вряд ли сможем составить конкуренцию разработчикам таких технологий. Но что касается технологий ГАЭС, то тут вполне возможно участие в международной кооперации", - сообщили в пресс-службе "Русгидро".
В поисках партнера
Купить готовое российское решение невозможно. В этом на практике убедился "Сибирский антрацит". Руководство угледобывающей компании задумалось о бюджетной оценке и приобретении энергонакопителя как элемента временного энергоснабжения одного участка. Цель - нарастить мощность существующей на угольном разрезе энергостации с минимальными вложениями, оптимизировать использование энергии и защититься от возможного при существующем уровне изношенности сетей коллапса. Угольная компания ищет готовую технологию уже около года.
"За это время мы продвинулись не сильно, потому что до сих пор слабо представляем даже экономику проекта. В ответ на рыночный запрос нам первоначально поступило три предложения, - рассказал руководитель проектов "Сибирского антрацита" Алексей Молотков. - Батареи большой мощности предложила поставить корейская компания Kokam: строительство и подготовка минимальные, но логистика при высокой стоимости оборудования очень затратная. Кроме того, надо искать тех, кто поможет интегрировать оборудование в существующую систему. Предполагалось сотрудничество с российским заводом "Лиотех", который позиционирует себя как главного реализатора новых литий-ионных решений. Предприятие открывалось с большой помпой, но до сих пор не может похвастаться реализованными проектами в этой сфере. Принципиально иное решение предложили разработчики гравитационных накопителей из новосибирского Академгородка. Резидент технопарка ООО "Унискан", образованный в 1995 г. командой бывших сотрудников ряда институтов Академии наук, предлагает гравитационные решения для аккумулирования энергии до нескольких гигаватт. Но и у них все пока на уровне кабинетных макетов. Срок внедрения в жизнь, вероятно, не близкий. Хотя в нашем случае при условии использования существующего сложного рельефа на разрезе применение именно гравитационного накопителя могло бы оказаться оптимальным".
Алексей Молотков отметил, что его коллеги провели опыт по использованию химических батарей большой мощности - неэкологичных свинцовых аккумуляторов, но их хватило примерно на 500 циклов заряд-разряд. "Этого мало! Литий-ионные батареи более долговечные, и среди электрических накопителей они самые компактные. Но при резко переменной нагрузке, как у нас, например, когда экскаватор при вскрышных работах упирается в скальный грунт, происходит скачок потребляемой мощности. Через месяц использования КПД химического накопителя падает на 15-20%. Поэтому мы склоняемся именно к гравитационному накопителю с возможным кризисным решением - строительством пограничного поста с солнечными батареями и генератором на случай полного отключения", - поясняет Алексей Молотков.
На быстрое решение в "Сибирском антраците" надеются мало и одновременно ведут переговоры с компанией Samsung, но уже об электрохимии. У "батареечного" решения тоже есть ощутимый плюс - аккумулятор при небольшой доработке потом можно использовать на других участках.
Главный вопрос для тех, кто раздумывает, не последовать ли примеру "Сибирского антрацита": а целесообразно ли это? По оценкам самой угольной компании, использование энергонакопителей способно увеличить мощность существующих установок практически в два раза, при этом удельная стоимость киловатта будет колебаться от $100 до $200.
Не стоит забывать и про экономическое стимулирование со стороны государства: внедрение инноваций позволит рассчитывать на налоговые льготы и "модный фактор". Возобновляемые источники постепенно становятся более востребованными. На конкурсе по солнечным генерациям в России на 2015-2018 гг. среди инвесторов царил настоящий ажиотаж. Лидерами по числу отобранных проектов стали китайская Solar Systems, российская ГК "Энергия солнца" и Avelar Solar Technology ГК "Ренова". Это позволяет сделать вывод, что и на накопители будет спрос.
"Долгие" инновации
В "Лиотехе" надеются, что со временем системы накопления энергии и другие решения на литий-ионе будут интегрированы в системы электроснабжения таких отраслей, как энергетическая, газовая, телеком и др. "Мы ведем большую работу с "Росатомом", "Русгидро", "Газпромом", где прекрасно понимают, какие преимущества несут в себе решения на российском литий-ионе. Но решения технически сложные, опыта в их реализации пока немного, - констатирует Алексей Сурков. - И путь это долгий. Чтобы инновационное решение получило одобрение крупных компаний, нужно пройти несколько этапов: НИОКРы, испытания, заключения экспертиз. Сейчас вместе с такими компаниями, как "Росатом", "Россети", "Газпром", "Ростелеком", мы находимся на этапе внедрения пилотных проектов. Нам нужно время, чтобы получить опыт, "обкатать" на практике новое оборудование; важно изменение нормативно-технической базы (ГОСТов, правил, требований, отраслевых стандартов). Очень значима также смена критериев при закупках - учитывать не стоимость покупки, а стоимость жизненного цикла оборудования".
На развитие инноваций в данной сфере отрицательно сказывается и советское прошлое. "Это направление развито слабо, поскольку в наследство от Советского Союза осталась мощная система распределения энергии, обеспечивающая перетоки внутри страны между территориями в разных часовых поясах, что в основном определяет графики потребления", - отмечают в пресс-службе "Русгидро". То есть устоявшаяся система пока продолжает работать без изменений.
Медленно новшества внедряются во многом и потому, что все инновации априори проигрывают нефти и газу. Себестоимость 1 кВт/ч "ветряного электричества", с учетом расходов на покупку, установку и эксплуатацию соответствующего оборудования в России составляет от 6 до 18 руб. Для сравнения: госэнергетика продает 1 кВт/ч за 2-4 руб. Пока у нас полны недра - а это, по разным оценкам, продлится еще лет тридцать-сорок - страна не станет спешить с реализацией инновационных энергетических программ.