Проблемы и перспективы современной возобновляемой энергетики – важной составляющей энергетики будущего

Перминов Э.М. Почётный энергетик Минэнерго РФ,
Заслуженный работник ОАО РАО «ЕЭС России»,
Ветеран энергетики,
Почётный профессор НИУ МЭИ.

Изменение парадигмы мировой энергетики

Энергетика – это комплекс важнейших производственных отраслей экономики любой страны, осуществляющих разведку, добычу, переработку и транспортировку к потребителю энергоресурсов и энергии и, соответственно, обеспечивающих энергоснабжение хозяйственной деятельности и жизнедеятельности населения. Задача состоит в том, чтобы осуществлять это путём экономически и технологически эффективного и экологически приемлемого использования всех известных и доступных энергоресурсов: органического ископаемого топлива – газа, нефти, угля, сланца, торфа, ядерной энергии, возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Топливно – энергетические балансы стран определяются наличием энергоресурсов, уровнем науки, развития экономики, возможностями создания и производства энергетических технологий и оборудования. Учитывая, что энергетика – это сложные и высокотехнологичные отрасли экономики, а новые энергетические технологии осваиваются длительные сроки, для того, чтобы не отставать и не оказываться в технологической зависимости необходимо постоянно создавать и использовать перспективные технологии и оборудование.

Как показывают оценочные усреднённые данные по выявленным мировым запасам ископаемых органических энергоресурсов на начало ХХI века, разведанные запасы нефти и газа могут закончиться за 55 – 70 лет. Примерно такая же ситуация с ядерным топливом. Запасов угля достаточно на 300 лет, но его использование сокращается из-за экологических проблем и пик потребления угля в мире уже пройден. Пик потребления нефти, возможно, наступит через 10 - 15 лет, а к 2040 - 2050 - годам может наступить черед и природного газа. [1 - 4]

Вторая проблема, возникшая перед человечеством в связи с индустриализацией и бурным развитием промышленных технологий, в том числе, и энергетики – это сохранения природы и климата на планете.

Сегодня в энергетике, а особенно в электроэнергетике происходят революционные технические изменения. Один перечень которых еще недавно воспринимался как научная фантастика. Основными задачами современных научных разработок и внедрения в электроэнергетике являются эти принципиальные изменения, происходящие в отрасли, либо вызванные ею в других отраслях экономики. Технологическую революцию, происходящую в современной электроэнергетике можно сформулировать следующим образом:

1. Вторая электрификация
2. Промышленное накопление и хранение энергии
3. Децентрализация производства, распределённая энергетика и независимость потребителя
4. Декарбонизация - переход от углеводородов к возобновляемым источникам энергии и водороду вместо углеводородов
5. Постоянный ток — из высоковольтных линий в бытовое использование
6. Цифровизация и компьютеризация технологических процессов
7. Беспроводная передача электроэнергии на расстояние

Конечно, технологическая революция, происходящая на наших глазах в электроэнергетике, вносит принципиальные изменения в деятельность и перспективу важнейшей отрасли экономики. Таким образом, сегодня практически решаемыми задачами стали промышленное хранение и накопление энергии, децентрализация и декарбонизация. Постоянный ток, который, казалось, в свое время бесповоротно уступил в конкуренции переменному току, возвращает свои позиции. Сейчас соотношение может поменяться, уже в силу того, что сегодня каждый человек фактически, носит в кармане устройства, действующие от постоянного тока. Наконец, становится возможной, самая фантастическая из научно – технических революций, связанная с беспроводной передачей электроэнергии. Возможно, главной из них является так называемая «вторая электрификация» за счет внедрения современных энергоэффективных технологий. При этом высвобождаются значительные электрические мощности, которые, в свою очередь, могут быть использованы в бытовых нуждах и для создания новых перспективных отраслей, основанных на замене электроэнергией энергопотребления во всех производствах, в быту и на транспорте. Число энергопотребляющих устройств в мире неуклонно растет, повышается энергоэффективность их использования и энергопотребление при этом падает. Фактически в электроэнергетике сегодня наблюдаются два, казалось бы, взаимоисключающих процесса: снижение электропотребления и одновременно – его рост. [5]

Цели устойчивого развития человечества в ХХI веке определены решениями ООН. Всего их 17 и достижение этих целей планируется достичь к 2030 году. При этом каждая страна может сама определить свои приоритеты и конкретные цели, к которым она будет двигаться к 2030 году. В порядке реализации целей нового тысячелетия по развитию (Millennium Development), принятых с участием руководителей большинства стран мира в сентябре 2000 г. ООН, было уточнено и признано, что конкретными целями ХХI века являются преодоление бедности, голода и болезней, снижение опасности изменения климата и освоение чистой и доступной энергии. В настоящее время мир стоит перед насущной необходимостью решить проблему, которая в 2002 г. была сформулирована ООН как «Энергетическая трилемма (Energy Trilemma)»: обеспечить баланс между воздействием на экологию, доступом к энергоресурсам и социальной справедливостью. Одной из главных целей тысячелетия по развитию (Millennium Development Goals) наряду с преодолением бедности и снижением опасности изменения климата на планете является обеспечение всех чистой и доступной энергией. И активно ищутся пути как её решить. Важная роль при этом отводится «новой возобновляемой энергетике» - НВИЭ (new renewables energy), которая во многих странах определяется также как распределённая (децентрализованная) возобновляемая энергетика. В 2008 г. Генеральная Ассамблея ООН приняла инициативу «Устойчивая энергетика для всех», которая предусматривает решение к 2030 г. трёх важных взаимозависимых задач в области энергетики:

• обеспечение всеобщего доступа к современным энергетическим услугам;
• повышение эффективности мирового энергопотребления на 40%;
• увеличение доли использования НВИЭ в мире до 30%. [5 -7]

Учитывая ограниченность природных органических энергоресурсов и экологические проблемы «традиционной энергетики», технологические изменения в энергетике, в том числе, в значительной мере связаны с быстрым развитием возобновляемой энергетики, и это в полной мере соответствует достижению целей устойчивого развития в ХХI веке, провозглашённых и определенных в документах ООН.

НВИЭ - это важнейшее направление практического энергосбережения - при использовании 1 МВт мощности на солнечных, ветровых, геотермальных энергоустановках, малых ГЭС при выработке в среднем 2 - 4 млн. кВт. ч электроэнергии в год заменяется до 1 - 3 тыс. т у. т. ископаемого органического топлива и оно сохраняется для будущих поколений. Это также важное средство сохранения природы и климата на планете, так как при их использовании вредности практически не выделяются. А при использовании 1 МВт мощности НВИЭ предотвращается выброс только в атмосферу почти 2 тысяч т двуокиси углерода, до 15 т сернистого газа и до 2 т окислов азота в год.

По данным международных энергетических организаций важные экологические проблемы и вопросы изменения климата на планете связаны также не только с тяжёлой промышленностью, химическим производством и выделением окислов углерода и азота технологиями «традиционной энергетики», но и с рядом следующих важных факторов, которые также необходимо учитывать. [6 -8]

Метан и оксиды азота представляют также большую опасность, а уровень их выделения на планете растёт в связи с ростом домашнего скота. Животноводство – основной источник метана и оксида азота, поскольку в мире мясомолочные продукты очень популярны, эти газы являются существенным фактором в вопросе изменения климата. Отчасти и поэтому, всё больше пропагандируются и выбираются вегетарианские, веганские и флекситарианские диеты питания и многие специалисты считают, что это шаг в верном направлении. Например, американский миллиардер Билл Гейтс выступил инвестором двух предприятий по производству бургеров, сделанных из растительного сырья, которые выглядят как мясо и напоминают его по вкусу. К этой кампании подключаются и крупные продовольственные компании, такие как Tyson, Danone и Nestle, которые активно инвестируют в продукты на растительной основе, так что уже в ближайшем будущем может появиться широкий ассортимент таких пищевых изделий.

Сокращение использования угля. Добыча ископаемых видов топлива достигла своего максимума в 2015 году, и с тех пор начался поразительный спад. Особенно это касается угля. Пять лет тому назад по прогнозу Международного энергетического агенства (МЭА - IEA) к 2040 году добыча угля должна была увеличиться на 40%. Сегодня IEA прогнозирует рост всего на 1%. Угольная индустрия переживает банкротства, планы создания новых угольных ТЭС похоронены. Например, КНР остановила ввод 151 угольной ТЭС, в Англии уголь, обеспечивавший до 40% в производстве энергии, теперь составляет 2%. Всё это благодаря тому, что энергия ветра и солнца стала дешевле. По мере того, как НВИЭ становится дешевле, исчезает рентабельность содержания угольных электростанций и самой добычи угля.

Транспорт и электромобили. Нефть обеспечивает одну треть потребления всей мировой энергии, поэтому решить, как снизить её использование – задача непростая. Одно из наиболее обнадёживающих решений - это автомобили на аккумуляторных батареях. Они начинают захватывать рынок. КНР лидирует по продажам электромобилей, опережая продажи в Европе и США. Развитие рынка аккумуляторов способствует переходу на электрический транспорт. Цена литий-ионного аккумулятора для электромобиля снизилась на 73% с 2010 по 2016 г, по данным BNEF. К концу 2018 года общее количество четырехколесных электромобилей в мире выросло до 2 млн. штук. Мини, двух- и трехколесные электрические средства передвижения насчитывали порядка 250 млн. штук, плюс в одном лишь Китае курсировало 300 тыс. электробусов. Сегодня производители автомобилей планируют отдать предпочтение электромобилям. Так Toyta и Tesla уже выпустили электромобили, а Volvo, Jaguar и Land Rover объявили, что намерены остановить выпуск автомобилей оборудованных только ДВС в 2021 году. Как утверждают аналитики EV-volumes.com, если такая динамика процесса сохранится, то к 2030 году до 80% автомобилей уже будут электрическими.

Накопление и хранение энергии. Аккумуляторные батареи. Это важный компонент в решении задачи по «озеленению» энергетического комплекса. Серьёзная проблема заключается в том, чтобы получать солнечную энергию в облачную погоду и ветровую энергию в безветренные дни. Новые технологии позволяют аккумулировать энергию, на случай, если ветер стихнет и солнце спрячется за тучами. Задача долгосрочного хранения энергии будет играть ключевую роль на следующем этапе перехода глобального сообщества на экологически чистые виды энергии. По мере того как производится все большее энергии из возобновляемых источников, электрические системы нуждаются в большей гибкости, а также появляется необходимость длительного хранения большого количества электроэнергии. В Великобритании обеспечивается создание хранилищ электроэнергии мощностью от 225 МВт и выше. В США компания «Tesla» планирует построить хранилище энергии мощностью 100 МВт в Южной Австралии. Аналогичные проекты развиваются также в Германии. Важным является дальнейшее удешевление и домашних систем хранения электроэнергии. По состоянию на конец 2016 года 55 млн. домохозяйств в мире или 275 млн. человек использовали электроэнергию от домашних PV-систем или районных микроэлектростанций, благодаря значительному снижению цен на солнечную электроэнергию. В Германии за последние годы около 40% всех домашних фотоэлектрических систем было оборудовано блоками для хранения энергии при небольшой финансовой поддержке со стороны государства. В Австралии в 2016 году без какой-либо государственной помощи было установлено около 7 тыс. аккумуляторных систем. Автономные энергохранилища особенно необходимы для обеспечения бесперебойных поставок энергии из возобновляемых источников в районах, удаленных от общих сетей, например, на небольших островах или в трудонодоступных местах Крайнего Севера. Пока которые могли рассчитывать только на электроэнергию, произведенную дизельными генераторами, и были крайне зависимы от внешних поставок топлива. Учитывая стремительное улучшение технологий аккумуляции энергии, ожидается, что к 2030 году стоимость хранения энергии упадёт в два раза. Цена литий-ионных батарей уже снизилась на 75% за последние шесть лет. Предполагается, что к 2030 г. они ещё снизятся на 66%, что может привести к росту установки частных систем хранения электроэнергии в 17 раз. А новые разработки в области аккумуляторных батарей также способствуют росту спроса на электромобили.

Новые технологии возобновляемой энергетики (НВИЭ), имея более приемлемые экологические показатели, сегодня быстро становятся обыденной практикой. Благодаря снижающейся стоимости солнечных панелей и ветровых турбин, цены за единицу мощности НВИЭ уже стали ниже, чем в угольной и атомной энергетике. Отработаны модели перехода от жидкого топлива и газа к возобновляемым источникам энергии. Компании по всему миру переходят на НВИЭ. Сегодня более половины введённых в строй новых энергетических мощностей приходится на возобновляемые источники энергии и во многих частях света уже используют достаточно дешёвые НВИЭ. В Германии, Испании, Чили наблюдались дни, когда уже было выработано так много электрической энергии с помощью солнца и ветра, что потребители получали её безвозмездно. [6,7]

Некоторые вопросы состояния и развития мировой энергетики

Ниже представлены некоторые оценки состояния и перспективы развития мировой энергетики по материалам ведущих мировых энергетических организаций: Global Energy Council - Мирового энергетического совета (МИРЭС); European Wind Energy Association - Европейская Ассоциация ветроэнергетики (ЕВЭА); World Wind Energy Association - Мировой Ассоциация ветроэнергетики; World Energy Association - Международного энергетического Агенства (МЭА), а в основном по данным последних Глобальных отчётов IRENA, REN – 21 международной организации по возобновляемой энергетике. В отчётах приведены данные, отражающие и современное положение и перспективы развития отрасли энергетика. Основное внимание уделено электроэнергетике возобновляемой энергетике.

Мировое потребление первичных энергоресурсов сегодня оценивается примерно в 13, 5 млрд. т нефтяного эквивалента в год. По оценкам МИРЭС к 2030 году оно возрастёт ещё на 30 – 35%. Ниже представлено изменение мирового энергопотребления (производства энергии) с 1900 г. и на перспективу до 2030 г. в эксаджоулях и млн. т нефтяного эквивалента, а также производства электроэнергии в ТВт - ч. (Табл. 1*). За 110 лет мировое энергопроизводство выросло практически почти в 25 раз. Особенно активно оно увеличивалось во второй половине ХХ века, в период мировой индустриализации – «создания «индустриального мирового сообщества». [3.6,7]

Таблица 1

Год	Производство энергии
	ЭксаДжоулей/год	ТВт	Тонн нефтяного эквивалента/год
1900	21	0,67	500000000
1970	190	6.0	4500000000
1985	290	9,2	6900000000
1995	360	12	8700000000
2000	420	13	10000000000
2010	510	16	12100000000
2030	680	22	16300000000

*Примечание: один эксаджоуль равен 31,12 млн.ту.т. или 23, 8 млн. т н.э. или 278 млрд. кВт*ч

Кризисные явления в экономике стран из – за мировой пандемии, затронувшие практически все отрасли экономики, проявились и в электроэнергетике, где наблюдается дальнейшее снижение основных производственных показателей, а также утрачена присущая ей ранее динамика в научно-техническом развитии. Тем не менее, благодаря большому заделу в предыдущие годы отрасль по-прежнему сохраняет высокий уровень надежности в энергоснабжении, что является мощным стабилизирующим фактором и важной предпосылкой для ожидаемого подъема мировой экономики.

Роль новых энергоэффективных и экологически благоприятных технологий и оборудования в энергетике повышается. Это связано с ограниченностью запасов и очевидной уже исчерпаемостью не возобновляемых ископаемых органических энергоресурсов, подорожанием топлива, проблемами охраны окружающей среды.

Мировая добыча нефти, например, постоянно увеличивается и составляет по оценкам "Бритиш Петролеум" уже более 4 млрд. т в год. Лидирующее место по добыче нефти занимают Саудовская Аравия и Россия, добывающие в год более 500 млн. т, далее следуют США - около 400 млн. т. Мировое годовое потребление нефти и нефтепродуктов также продолжает расти и составляет уже около 4 млрд. т в год. Только самыми крупными потребителями, которыми являются США и Евросоюз, используется почти 2 млрд. т. Потребление США составляет около 900 млн. т, а Европейского Союза (ЕС) - 800 млн. т в год. В таблице 2 приведена оценка обеспеченности мировыми запасами нефти, проводимая регулярно Бритиш Петролеум. [2,3,4]

Таблица 2. Одна из оценок мировых ресурсов нефти (Бритиш Петролеум)

Страна	Добыча, млрд. баррелей/год	Запас, млрд. баррелей	На сколько лет хватит при существующих запасах и добыче
Саудовская Аравия	4,22	265,85	62,99
Россия	3,94	93,03	23,63
США	3,65	44,18	12,10
КНР	1,53	18,08	11,80
Канада	1,41	174,32	123,86
Иран	1,31	157,00	119,68
ОАЭ	1,17	97,80	83,39
Ирак	1,09	150,00	137,95
Мексика	1,07	11,08	10,34
Кувейт	1,02	101,50	99,42

Экономический рост во всех странах определятся в значительной мере обеспеченностью энергоресурсами и технологиями их использования, в том числе, важнейшим из них нефтью. Как видно, у половины ведущих нефтедобывающих стран, она может закончиться в течение одного – двух поколений.

Похожая ситуация в мире и с природным газом. Ежегодную добычу природного газа в мире оценивают в 3000 млрд. м³ и она продолжает рост. Основными газодобывающими странами являются Россия и США, их доля в мировой добыче составляет 20,6% и 18,8% соответственно. По данным МЭА крупнейшим поставщиком природного газа на мировые рынки является Россия. Другими крупнейшими экспортерами являются Канада, Норвегия, Нидерланды.

По прогнозу Международного энергетического агентства падение потребления ископаемого топлива после 2020 г. будет сопровождаться ростом использования НВИЭ. Особенно сильно пострадает уголь. Прогнозируется, что его мировое потребление упадёт на 8% уже в 2021 году. Это станет самым большим снижением со времен второй мировой войны. При этом производство электроэнергии на базе угля должно снизиться более чем на 10% уже в текущем году.

На рис.1 представлена характеристика использования мировых энергоресурсов на уровне 2017 г., которое сегодня изменилось не существенно за счёт уменьшения доли угля и роста доли НВИЭ. [6,7]

Рис. 1. Мировое использование энергоресурсов

При этом ископаемое органическое топливо составляет 79,7%, атомная энергетика 2,2%, традиционная биомасса (дрова, кустарник) – 7,5%, современная возобновляемая энергетика – 10,6%, в том числе 2% ветровая энергетика, солнечная, геотермальная, биомасса, океанская энергетика и 3,6 - гидроэнергетика и 4,2% теплоснабжение (биомасса, солнечные коллекторы, геотермальное теплоснабжение).

После 10 лет непрерывного роста потребление природного газа может также снизиться на 5% уже с 2021 года. Это будет самое большое падение потребления в годовом исчислении за всю историю отрасли. Потребление нефти может снизиться на 9% и вернуться к уровню 2012 года. Исходя из этих данных, исследователи предполагают, что возобновляемые источники энергии станут энергетическим сектором, который будет активно расти в последующие годы. А повышение энергоэффективности технологий и оборудования, снижение потребления энергоресурсов и снижение вредных выбросов энергетики ведут к снижению общего энергопотребления, что впервые было отмечено в 2015 г.

В Таблице 3 показан один из вариантов оценки перспективы исчерпания мировых органических ископаемых энергоресурсов с использованием результатов по известным запасам и расходу ТЭР на уровне начала ХХI века. [4]

Таблица 3. Перспективы использования ископаемых органических энергоресурсов

Ископаемые энергоресурсы	Уголь, млрд. т	Нефть, млрд. т	Газ, трлн. м куб.
Разведанные запасы	1500	175	171
Добыча в мире (на уровне 2004 г.)	5	3,55	3,1
Обеспеченность добычи разведанными запасами, лет	300	55	66

Из таблицы следует, что разведанные запасы нефти и газа могут закончиться в ближайшие 50 – 70 лет. Правда, они могут и увеличиться за счёт новых месторождений и их усиленно ищут в Арктике, Антарктиде, на морских шельфах.

Установленная мощность электростанций в мире в конце 2019 г. оценивалась около 7000 ГВт. Установленная мощность АЭС равнялась 350 ГВт, а установленная мощность электростанций на основе ВИЭ – более 2500 ГВт, включая крупные ГЭС. Это – почти 36% общей мощности. Новые технологии использования ВИЭ (НВИЭ): ВЭС, СЭС, Гео ТЭС, МГЭС и т. д.) – более 1500 ГВт, что составляло 21, 4%. [2]

Ниже в табл.4 показаны крупнейшие производители электроэнергии по данным 2020 г.: КНР, США, Индия, Россия и Япония.

Таблица 4. Крупнейшие производители электроэнергии

Производитель	Объем производства (ТВт*ч)	% от мирового производства
Китай	7149	26,9
США	4434	16,7
Индия	1583	5,9
Россия	1113	4,2
Япония	1050	3,9

Источник: IEA Key World Energy Statistics 2020

Мировая в озобновляемая энергетика

В качестве основных направлений деятельности в области новых технологий возобновляемой энергетики (НВИЭ), принимаются:

1. Солнечная энергетика – прямое (фотоэлектричество) и термодинамическое преобразование солнечной энергии в электрическую энергию и преобразование в тепловую энергию (солнечные коллекторы);
2. Биоэнергетика - производство электрической и тепловой энергии с использованием биомассы; получение жидкого и газообразного топлива переработка производственных и бытовых отходов, производство биоэтанола и биодизельного топлива;
3. Ветроэнергетика – производство электрической (ВЭУ и ВЭС), тепловой и механической энергии (ветровые колёса, мельницы и мешалки);
4. Гидроэнергетика – использование энергии водных потоков для производства электрической (ГЭС и МГЭС), гидравлические установки и устройства механической энергии (водяные колёса, мельницы);
5. Геотермальная энергетика – использование тепла Земли и производство электрической и тепловой энергии (Гео ТЭС); тепловой энергии (тепловые насосы, теплообменные аппараты);
6. Энергетика мирового океана – производство электрической энергии (приливные, волновые, прибойные, градиентные электростанции), механической энергии (волновые, прибойные установки);
7. Использование вторичных энергоресурсов (сбросное тепло воды и воздушных потоков, промышленные и бытовые отходы) - производство тепловой энергии (тепловые насосы).

Международная группа экспертов по энергетике и окружающей среде ООН ещё в 1991 году проанализировала экономическую эффективность производства электроэнергии по 41 виду различных энерготехнологий, в том числе, и НВИЭ. В работе группы участвовали ведущие специалисты по энергетике и экологии из многих стран мира и России и их оценки характеризуются высокой достоверностью. В соответствии с прогнозом на период 2010 - 2020 гг. следовало, что с традиционной энергетикой могут конкурировать такие НВИЭ: малые ГЭС, геотермальные электростанции на скважинах глубиной до 1,5 км и ближнем тепле (на горячих источниках и гейзерах), а также наземные и оффшорные (морские) ветроэлектростанции (ВЭС) и установки солнечного теплоснабжения в странах с высокой солнечной радиацией.

Однако, сегодня ситуация кардинально изменилась - наиболее успешно развиваются солнечная энергетика на фотопреобразовании и ветроэнергетика, включая морские (офшорные) ВЭС.

По состоянию на 2020 г. развитие НВИЭ в мире может быть охарактеризовано следующими показателями. По данным IRENA (REN – 21, 2019) мировая возобновляемая энергетика развивалась самыми высокими темпами в последние годы, достигнув выдающегося результата - больше, чем по 200 ГВт новых мощностей НВИЭ в год было введено в 2018 и 2019 годы. Установленная мощность и производство электроэнергии на базе ВИЭ (состояние и перспектива) представлена ниже. (Табл. 5). [6]

Таблица 5. Показатели развития ВИЭ в мире 2000 – 2025 гг.

№ п/п	Годы	Установленная мощность, ГВт	Производство электроэнергии,ТВ -ч
1	2000	849
2	2015	1974
3	2019	2590	7024,9
4	2020	2880	7486,9
5	2025	3978	9743,6

Показатели мировой возобновляемой энергетики по её направлениям и итогам 2018 г. и 2019 г. (установленная мощность и объём инвестиций) выглядит следующим образом (Табл.6).

Таблица 6

№ п/п	Энергоресурс	Мощность, ГВт		Инвестиции, 2019г. млрд. дол.
		2018 г.	2019 г.
1	Биоэнергетика	113,005	124,026	3,0
2	Солнце	486,721	584,842	141,0
3	Ветер	563,186	622,408	142,70
4	Гидроэнергетика	1174,664	1187,150	2,5
5	Морская энергетика	0,529	0,531	0,2
6	Геотермика	13,227	13,909	7,0
7	Всего	2351,332	2579,957	296, 4

Ведущими производителями возобновляемой энергии (Топ – 10) являются страны, показанные на Рис. 2 по данным за 2017 г. Это – КНР, США, Бразилия, Канада и в значительно меньших масштабах: Россия, Индия, ФРГ, Норвегия, Япония и Испания. Причём только КНР, США, ФРГ, Индия, Япония и Испания развивают использование различных видов НВИЭ, другие из этих стран ориентируются пока в силу разных причин в основном на гидроэнергетику.

Рис. 2. Топ – 10 стран, генерирующих электроэнергию на основе НВИЭ

Европейский экономический союз (ЕЭС), активно выполняет программу »зелёной энергетики» с доведением доли НВИЭ в производстве электроэнергии в 2020 г. до 23% и 30% в планах к 2030 г. На рис. 3 ниже приведены вводы новых мощностей генерации ЕЭС за 2010 – 2020 гг.

Рис.3. Ввод новых мощностей генерации ЕС за 2010 – 2020 гг., ГВт

Газ – 55,6; Нефтяное топливо – 9; Уголь - 41,6; АЭС – 14,3.
Итого – 120, 5 ГВт
Ветроэнергетика – 136; Другие ВИЭ – 76,5. Итого - 212, 5 ГВт
Источник: Европейская Комиссия, график ЕВЭА

При этом вводы новых мощностей электрогенерации НВИЭ в ЕЭС почти в 2 раза превышают вводы на всех других энергоисточниках.

Сегодня один из лидеров развития НВИЭ Германия - активный потребитель угля, ведь именно углём выравнивается значительная часть "пилы генерации", связанной с использованием НВИЭ. Однако, несмотря на большой прогресс в развитии НВИЭ, общий энергобаланс ФРГ по итогам 2017 г. состоял: на 34% - из нефти; на 26% - из природного газа;на 19% - из угля; на 9% - из биомассы; на 12% - из электроэнергии, в которой, в свою очередь, 29% - доля НВИЭ.

В общем энергобалансе Германии ВИЭ занимали менее 3,5%. Хотя, для производства электроэнергии в ФРГ используются: гидроэнергетика, солнечная энергия, бурый уголь, биомасса (8,6%), каменный уголь, ветер (24,5%), нефтяное топливо, (9%), природный газ, атомная энергия. За 2019 г. доля НВИЭ в производстве электроэнергии составила уже в сумме 46,1%, а традиционные ископаемые топлива и АЭС - 53,9%.

2019 год - это первый год за последние годы, когда расширение возобновляемых источников энергии в мире несколько замедлилось. Однако, общее увеличение мощностей в 2019 году также было значительным. Доля возобновляемых источников энергии в расширении мощностей продолжила свою тенденцию к росту и в 2019 году достигла 72%. Доля НВИЭ в общем объеме генерирующих мощностей выросла с 33,3% в 2018 году до 34,7% в 2019 году. Расширение не возобновляемых мощностей в 2019 году продолжалось в Азии, Африке, на Ближнем Востоке, где НВИЭ составляли лишь 52% и 26% прироста мощности.

В настоящее время совместная доля только солнечной и ветровой энергетики в производстве электроэнергии в мире каждый год растёт и составляет уже около 10%. (Рис.4) По этому показателю эти сектора ВИЭ приблизились к атомной энергетике. В первом полугодии 2020 года доля солнца и ветра в производстве электроэнергии составила, например, в КНР 10%, в Индии 10%, в США 12%, в ЕС 23%, в Великобритании 33%, в Бразилии 10% и т.д.

Рис. 4. Доля ВЭУ и СЭС в мировой выработке электроэнергии, %

А вот как выглядят сегодня установленные мощности ВЭС и СЭС пяти ведущих стран мира по производству электроэнергии (Рис.5).

Рис. 5. Установленная мощность ВЭУ и СЭС, МВт

Нельзя не отметить ведущую роль КНР, которая является лидером не только по объёмам ввода новых мощностей НВИЭ, но и разработчиком самых передовых технологий и проектных решений. Ниже приведен пример одной из «морских» СЭС.

Рис. 6. Плавающая СЭС мощностью 150 МВт (КНР)

Все исследователи энергетических рынков сходятся в том, что в перспективе солнечная и ветровая энергетика будут лидерами роста, и их доля, как в установленной мощности мировой энергосистемы, так и в выработке электроэнергии будет быстро расти, и они представляются в будущем крупнейшими производителями электричества на Земле.

По планам развития новых технологий ЕЭС, в первую очередь, НВИЭ, которые успешно выполняются их доля в 2030 г. должна составить в производстве электроэнергии не менее 34%, к 2050 г. - до 80%.

Учитывая, что энергетика является одним из крупных загрязнителей окружающей среды, важным вопросом является снижение вредного воздействия энергетики на экологию, как это предусмотрено решениями Парижского саммита по климату 2015 г., где НВИЭ играют существенную роль, выступая значимым фактором развития экологически более приемлемой и эффективной экономики по важным показателям:

1. Возобновляемая энергетика является элементом новой "низкоуглеродной” (зелёной) экономической модели энергетики с меньшим не благоприятным воздействием на окружающую среду. При этом её положительные эффекты смогут ещё больше проявляться тогда, когда будут введены жёсткие глобальные правила регулирования антропогенных выбросов для «традиционной энергетики», которые пока в большинстве стран отсутствуют и не учитываются.
2. Развитие возобновляемой энергетики является механизмом стимулирования развития высокотехнологичной экономики, новых технологий. При этом решаются проблемы создания рабочих мест для развития новых отраслей науки, материаловедения и машиностроения, основанных на высокотехнологичных и «экологических» инновациях.

В связи с развитием цифровых и информационных технологий работы по прогнозированию и моделированию энергетики будущего ведутся очень активно. Такие исследования выполнены в США, КНР, Финляндии, Германии, Венгрии и других странах, в том числе, и на случаи длительного отсутствия солнца и ветра. Эти проработки показывают, что уже к 2030 году до 80% мировой электроэнергии может производиться на базе возобновляемых источников. А к 2050 их доля может быть доведена до 100%.

Так специалисты Лаппеенрантского технологического университета (LUT) в Финляндии в конце 2016 г. разработали модель мировой электроэнергетической системы, функционирующей на основе 100% ВИЭ. Новая разработка демонстрирует, как может работать электроэнергетическая система, в которой основными энергоисточниками являются солнце и ветер. Ими была разработана симуляция стопроцентной ВИЭ - энергосистемы для Евразии, в том числе и России («Eurasian Super Grid for 100% Renewable Energy power supply: Generation and storage technologies in the cost optimal»). Модель показала, как может быть организовано производство электроэнергии, чтобы покрывать спрос в каждый час календарного года. При этом разработка предполагает нахождение наиболее экономичного решения для ВИЭ - электроэнергетической системы. Оптимальное сочетание генерации, хранения и сетевого хозяйства обеспечивает стоимость электроэнергии в районе 55 -70 евро за мегаватт - час во всех основных регионах мира. По словам исследователей, модель развенчивает мифы о возобновляемой энергетике. Один из распространенных мифов: система на основе 100% ВИЭ не может работать стабильно и регулярно из-за прерывистого характера солнечной и ветровой генерации. Еще один миф – это история о базовой нагрузке, о том, что энергосистема не может функционировать без «базовых» мощностей.

Учёные Стэнфордского университета (США) создали и опубликовали модель мировой энергосистемы, которая к 2050 будет функционировать исключительно на основе НВИЭ. Работа называется «100% чистая и возобновляемая энергия на основе ветра, воды и солнца для всех секторов». Были рассмотрены дорожные карты для 139 стран мира, по которым смогли получить исходную информацию. (100% Clean and Renewable Wind, Water, and Sunlight All-Sector Energy Roadmaps for 139 Countries of the World). Необходимо отметить, что в созданных моделях речь идёт не только об электроэнергетике, а - об общем потреблении энергии человечеством. Решение, которое предлагают учёные — это все сферы жизнедеятельности, в которых потребляется энергия: (транспорт, отопление / охлаждение, промышленность, сельское хозяйство / лесное хозяйство / рыболовство) и которые должны быть электрифицированы. При этом структура мировой генерации может выглядеть следующим образом: основным производителем энергии может стать солнечная энергетика (фотоэлектрическая и тепловая) - суммарно 57,55%, ветроэнергетика обеспечит 37,14%, гидроэнергетика — 4%, энергия волн — 0,58%, приливов — 0,06%, геотермальная — 0,67%. Авторы отказываются от атомной энергетики и от биоэнергетики в связи с экологическими и операционными рисками. Также не планируется увеличивать мощности ГЭС, предполагается лишь увеличение их КИУМ с нынешнего мирового уровня в 42% до 50%. [8-10]

Исходя из такого подхода, сотрудниками IRENA и WWEA были представлены проработки по перспективе развития НВИЭ в мире на уровне 2050 г. с учётом показателей, достигаемых при реализации Парижских соглашений по климату. [7]

Таблица 7. Мощности НВИЭ на уровне 2050 г., ГВт

1	КНР	4993	12	Россия	281
2	США	2506	13	Австралия	176
3	Индия	1795	14	Канада	122
4	Европейский союз	1154	15	Турция	105
5	Индонезия	382	16	Аргентина	62
6	Япония	297	17	Остальные страны	1564
7	Бразилия	233	18	Мировая мощность	14333
8	Саудовская Аравия	214
9	ЮАР	117
10	Мексика	185
11	Южная Корея	146

При этом предполагается, что через 30 лет мощности НВИЭ более, чем в 2 раза могут превысить мощности всех существующих сегодня электростанций и становятся основным инновационным решением в развитии энергетики ХХI века. Это меняет мировую энергетическую стратегию. В мировой энергетике за 30 лет сегодня создана новая крупная технологическая отрасль, успешно конкурирующая технически и экономически с традиционными технологиями энергетики и имеющая большие перспективы развития. Это одно из наиболее важных достижений XXI века, наряду с информационными технологиями. Мировое энергетическое сообщество признаёт, что создаётся новая парадигма развития электроэнергетики – интегратор многообразия потребителей и производителей электрической энергии. При этом изменение парадигмы связано с рядом факторов: либерализацией рынков, нарастающим множеством субъектов рынка, интенсивным развитием децентрализованной (распределенной) генерации, появлением новых энергоресурсов и принципиально новых технологий производства, накопления, преобразования, распределения и передачи электроэнергии, и конечно, возобновляемой энергетики.

В связи с этим в мире получили распространение и поддержку решения по перспективе мировой энергетики и соответствующие предложения, изложенные в книге Председателя государственной ассоциации энергетических предприятий и Председателя Совета директоров Государственной электросетевой корпорации КНР ЛЮ ЧЖЕНЬЯ, изданной в 2015 г. на китайском, английском и русском языках «Глобальное энергетическое объединение».[11] Автор, признанный энергетик – профессионал с мировым именем рассмотрел стратегию «экологически чистого» долгосрочного развития мировой энергетики и предложил ряд интересных и важных решений. Он раскрывает тенденции замещения ископаемых топлив неисчерпаемыми ВИЭ и отмечает, что при решении проблем энергетики необходимо исходить из исторического, дифференцированного и открытого подхода. Рассматривая вопросы энергоснабжения и энергопотребления, регионы концентрации производства электроэнергии на основе НВИЭ в арктической и экваториальной областях, автор излагает предложения по формированию глобального мирового энергообъединения и связанные с этим основные инновационные технологии и инженерные разработки. Подобные проработки возобновляются и в электроэнергетике России. [12]

Важным аргументом сторонников ускоренного развития НВИЭ является авторитетная оценка ведущим мировым экспертным сообществом технического потенциала возобновляемых источников энергии (потенциал солнечной энергии, ветра, мирового океана, гидроэнергетики, геотермии, биоэнергетики), представленная в Таблице 8.

Таблица 8. Технический потенциал возобновляемых энергоресурсов мира

№ п/п	Континенты и страны	Технический потенциал, эксаджоули в год
1	Европа	193
2	Россия	571
3	КНР	306
4	Африка	5360
8	Латинская Америка	761
9	Австралия	1911
10	Индия	193
11	Мир	11958

Мировое годовое энергопотребление сегодня составляет около 600 эксаджоулей (ЭДж), в том числе, например, доля США – около 100 ЭДж. При этом предполагается, что общее энергопотребление, благодаря мерам повышения энергоэффективности, энергосбережения и сохранения климата, возрастёт к концу века только вдвое, хотя по первоначальным оценкам речь шла о тройном увеличении. Как видно, потенциал ВИЭ многократно превышает совокупные мировые энергетические потребности. [6] Естественно, экономический потенциал ВИЭ будет ниже, чем показано, но надо иметь ввиду и совершенствование технологий и оборудования НВИЭ, а также, что при этом не учтены вторичные энергоресурсы (промышленные выбросы, бытовые, промышленные, сельскохозяйственные отходы и т.п.). Предполагается, что использование новых энерготехнологий, НВИЭ, систем аккумулирования, цифровых и других технологий позволит создать экологически приемлемую распределённую умную глобальную мировую энергосистему.

Об электроэнергетике России

Россия занимает значительную часть территории двух материков, владеет 45% мировых запасов природного газа, 23% запасов угля, 14% урана, 13% запасов нефти, имеет большие запасы угля и торфа и почти половину мировых запасов лесных ресурсов и пресной воды. Россия входит в первую пятёрку крупнейших производителей электроэнергии.

Электроэнергетика России является важной частью топливно – энергетического комплекса страны и базовой отраслью российской экономики, обеспечивающей электрической и тепловой энергией внутренние потребности народного хозяйства и населения, а также осуществляющей экспорт электроэнергии за рубеж. Устойчивое развитие и надежное функционирование отрасли во многом определяют энергетическую безопасность страны и являются важными факторами её успешного экономического развития.

За последние годы в электроэнергетике России произошли радикальные рыночные преобразования: изменилась система государственного регулирования отрасли, сформировался конкурентный рынок электроэнергии, созданы новые компании. Изменилась и структура и система управления отрасли: было осуществлено разделение естественно - монопольных (передача электроэнергии, оперативно - диспетчерское управление) и потенциально конкурентных (производство и сбыт электроэнергии, ремонт и сервис) функций; и вместо прежних вертикально – интегрированных компаний, выполнявших все эти функции, созданы структуры, специализирующиеся на отдельных видах деятельности.

Ориентация электроэнергетики страны на нефть, природный газ, уголь, ядерное топливо, которая, по-видимому, сохранится до середины XXI века, уже создаёт определённые экономические и экологические проблемы. Выше было показано, что мировые разведанные запасы ископаемых органических энергоресурсов - нефти и газа, в том числе, и в России также могут закончиться за 50 – 70 лет. По данным Министерства природных ресурсов РФ экономически выгодные месторождения нефти будут выработаны за 29 лет, а с учётом шельфовых месторождений «северных морей» - за 59 лет. Ситуация по разведанным месторождениям газа оценивается в 100 лет. Запасов угля при существующем уровне добычи хватит в РФ на 300 - 500 лет. [3]

Вторая вызывающая беспокойство проблема связана, как и в мире, с сохранением природы и климата на планете. Многие считают важной причиной проблем экологии выбросы CO₂, до 40% которых составляют выбросы энергетики. Ниже даётся структура установленной мощности электростанций России (Таблица 9).

Таблица 9. Структура установленной мощности электростанций объединенных энергосистем и ЕЭС России на 01.01.2020

Энергообъединение	Всего, МВт	ТЭС		ГЭС		АЭС		ВЭС		СЭС
		МВт	%	МВт	%	МВт	%	МВт	%	МВт	%
ЕЭС РОССИИ	246 342,45	164612,14	66,82	49870,29	20,24	30 313,18	12,31	184,12	0,07	1362,72	0,55
ОЭС Центра	52 648,58	36070,23	68,51	1800,07	3,42	14778,28	28,07	-	-	-	-
ОЭС Средней Волги	27 493,88	16203,48	58,93	7013,00	25,51	4 072,00	14,81	85,4	0,31	120	0,44
ОЭС Урала	53 696,44	49979,59	93,08	1901,19	3,54	1 485,00	2,77	1,66	0,00	329	0,61
ОЭС Северо-Запада	24 472,11	15572,14	63,63	2 947,24	12,04	5 947,63	24,30	5,1	0,02	-	-
ОЭС Юга	24 857,73	13757,29	55,34	6 289,69	25,30	4 030,27	16,21	91,96	0,37	688,52	2,77
ОЭС Сибири	52 104,76	26577,96	51,01	25 301,60	48,56	-	-	-	-	225,2	0,43
ОЭС Востока	11 068,95	6 451,45	58,28	4 617,50	41,72	-	-	-	-	-	-

Как видно из данных таблицы 67% генерирующих мощностей составляют ТЭС, около 20% ГЭС и 12% АЭС. Доля НВИЭ (ВЭС и СЭС, МГЭС входят в состав ГЭС) на начало 2020 г. составила 1546,84 МВт или 0,63% установленной мощности электростанций. В 2020 г. эти показатели улучшились, но общая мощность установок НВИЭ пока не превысила 1%.

О развитие возобновляемой энергетики

Состояние и перспективы развития НВИЭ в России могут быть охарактеризованы приводимыми ниже данными.

В 2019 году ввод новых мощностей объектов НВИЭ составил 531 МВт, а общая мощность введенных с 2014 г. по настоящее время объектов по ДПМ ВИЭ составляет порядка 1,1 ГВт. В таблице 10 показано изменение стоимости введенного кВт мощности для ВЭС, СЭС и МГЭС.

Таблица 10. Предельные величины капитальных затрат на возведение 1 кВт установленной мощности генерирующего объекта, функционирующего на основе ВИЭ руб. на 1 кВт

Тип генерации	2014 г.	2015 г.	2016 г.	2017 г.	2018 г.	2019 г.	2020 г.	2021 г.	2022 г.	2023 г.	2024 г.
ВЭС	65 762	110 000	109 890	109 780	109 670	109 561	109 451	109 342	109 232	109 123	85 000
СЭС	116 451	114 122	111 839	109 602	107 410	105 262	103 157	101 094	99 072	65 000	65 000
Мини-ГЭС	146 000	146 000	146 000	146 000	146 000	146 000	146 000	146 000	146 000	146 000	146 000

В таблице 11 приведены вводы мощностей НВИЭ в 2014 – 2024 гг.

Таблица 11. Целевые показатели величин объемов ввода установленной мощности генерирующих объектов, функционирующих на основе ВИЭ, МВт

Тип генерации	2014 г.	2015 г.	2016 г.	2017 г.	2018 г.	2019 г.	2020 г.	2021 г.	2022 г.	2023 г.	2024 г.	Всего
ВЭС	-	51	50	200	400	500	500	500	500	500	214,7	3415,7
СЭС	35,2	140	199	250	270	270	270	162,6	162,6	240	238,6	2238
Мини-ГЭС	-	-	-	20,7	-	49,8	16	24,9	33	23,8	41,8	210
Итого	35,2	191	249	470,7	670	819,8	786	687,5	695,6	763,8	495,1	5863,7

Целевые объемы вводов и требования по степени локализации производства импортного оборудования, принятого к освоению по годам для каждого типа генерирующего объекта ВИЭ синхронизированы. Это сделано для того, чтобы основные производители генерирующего оборудования могли иметь возможность для возврата инвестиций от выпуска отдельных элементов генерирующего оборудования, позволяющих инвесторам выполнить целевые показатели локализации при строительстве генерирующих объектов по ДПМ и обеспечить конкуренцию на рынке оборудования для снижения его конечной стоимости.

Таблица 12. Показатели локализации оборудования объектов генерации на основе ВИЭ

Виды генерирующих объектов	Год ввода в эксплуатацию	Целевой показатель степени локализации,%
Генерирующие объекты, функционирующие на основе энергии ветра	с 2020 по 2024	65
Генерирующие объекты, функционирующие на основе фотоэлектрического преобразования энергии солнца	с 2020 по 2024	70
Генерирующие объекты установленной мощностью менее 25 МВт, функционирующие на основе энергии вод	с 2020 по 2024	65

Интересно, что определённую международными организациями мощность НВИЭ РФ на уровне 2050 г. в 281 ГВт (Таблица 7) можно рассматривать как достигаемую за 30 лет при ежегодном вводе не менее 9 – 10 ГВт. Даже самые оптимистичные прогнозы российских инвесторов, производителей оборудования и специалистов в России на порядок ниже зарубежных оценок.

В федеральный закон «Об электроэнергетике» внесены изменения, направленные на стимулирование развития «зёленой» микрогенерации, утвержденные 27.12.2019 Президентом. Это объекты по производству электроэнергии мощностью до 15 кВт, которые используется потребителями для собственного энергоснабжения. Присоединение такой микрогенерации к электросетям и особенности платы за подключение определяются правительством. Собственники микрогенерации смогут продавать излишки на розничном рынке электроэнергии и это не будет считаться предпринимательством. Гарантирующие поставщики (основные энергосбытовые компании регионов) будут обязаны заключать с обратившимися к ним владельцами микрогенерации договоры купли-продажи электроэнергии и будут покупать её от микрогенерации по ценам, не выше тех, по которым покупают электроэнергию и мощность на оптовом энергорынке.

Минэнерго РФ предложило в 2025 - 2035 годах построить за 400 млрд. руб. 5 ГВт «зеленой» генерации, В министерстве определили, что суммарного инвестиционного ресурса будет достаточно на строительство 5 ГВт «зеленой» мощности — 3,465 ГВт ВЭС (ежегодная квота на отборе — 315 МВт) и 1,498 ГВт СЭС (с ежегодными вводами 245 МВт) в 2025 - 2026 годах и 112 МВт МГЭС в 2027 - 2035 годах, О ТБО, ГеоТЭС, ПЭС и других НВИЭ не упоминается. При этом считается, что к 2036 году НВИЭ - генерация в РФ сможет существовать уже без субсидий со стороны оптового рынка.

Вместе с тем, инвесторы и специалисты полагают, что такие малые объемы новых вводов не позволят обеспечить необходимое развитие НВИЭ. Однако, Правительство РФ Постановлением от 5 марта 2021 г. №328 утвердило правила новой программы поддержки отрасли НВИЭ на период 2025 – 2035 годы. Существующие правила сохраняются, но частично ужесточены, показатели программы не определены, а Минэнерго предлагает их снизить. При этом сам по себе возврат капитала и доходность по отобранным проектам все еще будет осуществляться на основе ДПМ. Но существенные изменения коснутся формулы определения цены на мощность. Оплата мощности теперь напрямую зависит от объема выработки, а не штрафуемый коридор в размере 25% упразднен. В результате, по оценкам участников рынка, по новым требованиям генератор может потерять 30 – 80% общего платежа при не выполнении плана выработки в первый год работы. Кроме того, вводятся штрафы за не выполнение целевого показателя по экспорту ВИЭ – оборудования в размере до трети гарантированного платежа, а также штрафы за низкую локализацию – до 75 - 85%. Предлагаемые тарифы и штрафы за недовыработку СЭС и ВЭС и срывы графиков поставки электроэнергии по оценке при этом значительно превышают реальный ущерб, и тем самым, будут препятствовать снижению конкурентной цены электроэнергии и тормозить внедрение этих технологий.

По мнению инвесторов и специалистов НВИЭ отсутствие утвержденных параметров программы также «создает значительные неопределенности в части устойчивости новых правил», а отсутствие ясности в финансовом обеспечении программы ДПМ ВИЭ 2.0 вызывает вопросы у инвесторов, которые не могут при этом спланировать развитие отрасли на следующие 15 лет.

Это ужесточение новой программы поддержки НВИЭ можно объяснить, возможно, тем, что в РФ нет предпосылок для масштабного развития НВИЭ. Руководство страны, вероятно, полагает, что с новыми требованиями игроки сектора НВИЭ в состоянии справиться, но остается вопрос показателей программы, а им предстоит определиться с участием в программе и «стоит ли в этих условиях овчинка выделки».

О развитии некоторых направлений НВИЭ

Малая гидроэнергетика. Потенциал для строительства крупных ГЭС в Европейской части практически исчерпан. Поэтому дальнейшее наращивание производства электроэнергии за счет строительства ГЭС, отчасти и в азиатской части, связывается именно со строительством малых ГЭС. В России экономический потенциал МГЭС составляет около 200 млрд. кВт·ч / год, а используется всего пока не более 10%. Программа развития малой гидроэнергетики ПАО «РусГидро», предусматривающая строительство МГЭС мощностью более 2000 МВт, пока реализуется медленно.

Геотермальная энергетика. Россия располагает большими запасами геотермальной энергии и является технологическим лидером в этой области. В нашей стране действуют три геотермальных электростанции, расположенные на Камчатке: Паужетская ГеоТЭС, Верхне - Мутновская ГеоТЭС и Мутновская ГеоТЭС, которая является одной из лучших в мире. На Курильских островах работают три небольшие геотермальные установки. Суммарная мощность всех установок составляет около 80 МВт. ПАО «РусГидро» ведёт сооружение ГеоТЭС бинарного цикла на Камчатке, что позволяет значительно расширить возможность использования геотермального теплоносителя. В стране имеется необходимое отечественное оборудование, производство которого налажено в ОАО “Калужский турбинный завод”.

Приливная энергетика (ПЭС). По расчетам специалистов в Европейской части и на Дальнем Востоке нашей страны от энергии прилива может быть получено более 120 ГВт мощности. В стране более 50 лет действовала и испытывалась одна из первых в мире экспериментальная Кислогубская ПЭС, на которой отрабатывались технологии, оборудование, экологические проблемы приливных электростанций. Сейчас ведутся испытания оригинальной ортогональной турбин. Подготовлены предложения по строительству крупных Тугурской ПЭС (в Охотском море мощностью 8 млн. кВт) и Мезенской ПЭС (в Белом море 11,4 млн. кВт). Ведутся разработки и испытания экспериментальных волновых электростанций.

Солнечные энергоустановки. Достойное место в энергобалансе многих регионов нашей страны в перспективе могут занять солнечные энергоустановки. Солнечные установки теплоснабжения и горячего водоснабжения уже получили распространение в Краснодарском и Ставропольском краях, Ростовской области, в Крыму, Дагестане, Бурятии. Такие установки перспективны для индивидуальных потребителей. Солнечные коллекторы ОАО “Ковровский механический завод” и ФГУП НПО “Машиностроение” и ряда других производителей, по своим характеристикам не уступают лучшим мировым аналогам.

В стране создано современное коммерческое производство эффективных фотоэлектрических модулей и они находят практическое применение при создании фотоСЭС во многих регионах России.

Рис. 7. Монтаж ФотоСЭС

Рис. 8. Микрогенерация, монтаж СЭС - установки

В стране осуществляется локализация в производстве оборудования для солнечной энергетики: фотоэлектрических модулей и компонентов для солнечных установок (завод по производству модулей ООО «Хевел» (Роснано и Ренова) в Новочебоксарске, производство кремниевых слитков и пластин, совместное со «Шнейдер Электрик», производство инверторов и т.д.) Созданы и работают инжиниринговые и строительные компании по строительству СЭС (Авелар Солар Технолоджи, ЕвроСибЭнерго-инжиниринг).Выполнены необходимые и важные научные исследования в МГУ имени М. В. Ломоносова, ФТИ имени А.Ф. Иоффе РАН, позволившие осуществить все стадии освоения и приступить к экспорту российских панелей с высоким КПД — 22,7%. В 2015 – 2020 годы в стране введено в эксплуатацию более 20 СЭС в Республиках Башкортостан, Горный Алтай, в Оренбургской, Самарской, Астраханской областях, в Ставропольском, Краснодарском краях, в Якутии общей мощностью более 1000 МВт. Крупные СЭС построены: в Самарской, Оренбургской Астраханской, Ростовской областях, Ставропольском крае и ввод таких электростанций намечено продолжать.Производство модулей в Новочебоксарске было в 2020 г. расширенно до 340 МВт в год.

Рис.9. «Самарская СЭС» мощностью 75 МВт.

Рис.10. «Фунтовская СЭС» мощностью 60 МВт, Астраханская область

В соответствии с заключёнными договорами намечено строительство до 2025 г. СЭС также в Бурятии, Дагестане, Хакасии, Белгородской, Челябинской, Самарской, Омской, Липецкой областях, в Забайкальском крае общей мощностью 1301 МВт.

В Республике Крым НВИЭ составляет значительную долю энергомощности региона, где введены в эксплуатацию несколько солнечных электростанций общей мощностью более 400 МВт и в своё время одна из крупнейших в мире СЭС «Перово» мощностью105 МВт в Симферопольском районе. В Республике также построены 8 ветровых электрических станций общей установленной мощностью 93,2 МВт. Полезно было бы эту работу в Крыму продолжить. [15]

Рис. 11. Крым. Солнечная станция Перово мощностью 105 МВт, одна из крупнейших в мире

Ветровая энергетика. Значительную долю НВИЭ в энергобалансе намечается обеспечить за счет ветровой энергетики. Экономический потенциал ветровой энергии в нашей стране составляет минимально 260 млрд. кВт·ч / год, т.е. около 25% производства электроэнергии в России. В настоящее время в стране действуют ВЭС общей мощностью около 300 МВт. В 2018 г. была введена в эксплуатацию современная крупная Ульяновская ВЭС фирмы «Фортрум» мощностью 50 МВТ на базе ВЭУ единичной мощностью 2,5 МВт. Российским рынком активно занимаются General Electric (США), Lagerwey (Голландия), Vestas (Дания), Siemens (ФРГ), фирмы КНР. Голландская Lagerwey – партнер «Росатома» активно участвует на нашем рынке. «Фортум» и «Роснано» и правительство Ульяновской области подписали трехстороннее соглашение о строительстве ВЭС. Согласно документу, «Роснано» берёт на себя инвестиции в этот бизнес и производство компонентов для ВЭУ, а «Фортум» – роль оператора и инвестора в строительство ВЭС в Ульяновской области. Решаются вопросы локализации производства крупных ВЭУ в Ульяновской области, Республике Адыгея, Краснодарском, Ставропольский краях, Нижнем Новгороде (Рис.12 и 13). При этом осваиваются современные высокие технологии. Они формируются с учётом жёстких требований к материалам, к компонентам, к строительно - монтажным и э ксплуатационным работам, к транспортной инфраструктуре.

Рис. 12. Производство ступицы ВЭУ

Рис. 13. Производство лопастей длиной 62 м в в Волгнодонске Ульяновске (Вестас + Роснано)

Планируемые мощности ВЭС в 2018 - 2024 годы предполагают их строительство в Ростовской, Ульяновской, Саратовской, Мурманской областях, Краснодарском и Ставропольском края и ряде других регионов общей мощностью 3047 МВт. На Рис.14 показана строительная площадка крупнейшей сегодня в России Адыгейской ВЭС мощностью 150 МВт, сооружаемой Росатомом.

Рис. 14. Адыгейская ВЭС мощностью 150 МВт (Росатом)

Хотелось бы отметить, что 22 декабря 2020 года в арктическом поселке Тикси в Республике Саха (Якутия) компания ПАО «РусГидро» ввела в эксплуатацию ветродизельный комплекс (ВДК) мощностью 3 900 кВт. ВДК состоит из ВЭС мощностью 900 кВт (3 ВЭУ мощностью по 300 кВт), дизельной электростанции мощностью 3 000 кВт и системы аккумулирования энергии мощностью 1000 кВт. Элементы комплекса объединены АСУ производством и распределением электроэнергии. В год ВДК будет вырабатывать более 12 млн. кВт.ч электроэнергии, обеспечивая надежное энергоснабжение заполярного поселка Тикси с пятитысячным населением.

Рис. 15. ВДЭС в Тикси (ПАО» РусГидро»)

Заключение

Несмотря, на определённые успехи последних лет, как видно из изложенного, Россия сегодня существенно отстаёт в развитии НВИЭ – этого важного инновационного направления энергетики. В стране сформирован сценарий развития ВИЭ до 2035 года, основанный на известных проектах и реализации экономического потенциала использования ВИЭ на оптовом, розничном рынках и у изолированных потребителей фактически без достаточных специальных мер государственной поддержки.

Создание промышленного производства оборудования и компонентов для геотермальной, солнечной и ветровой энергетики в России стало важным заделом для диверсификации российской экономики и полноценного участия страны в мировом секторе НВИЭ, в том числе, в экспорте продуктов и услуг. Однако, положение является неустойчивым из-за малых объёмов внутреннего рынка и сохраняющейся неопределенности регуляторных механизмов, которые должны поддерживать развитие отрасли до 2035 года….

Россия, входя в первую мировую пятерку крупнейших производителей электроэнергии, в десятки раз отстаёт от других участников пятерки по развитию НВИЭ - энергетики. Обладая высококачественными и обильными ВИЭ - ресурсами, страна намного отстаёт от стран БРИКС и от нефтегазодобывающих стран (Норвегия, Канада, Саудовская Аравия, ОАЭ, Катар и др.) по развитию возобновляемой энергетики. Планы развития возобновляемой энергетики в России являются очень скромными среди всех экономически развитых стран мира. Масштаб сектора НВИЭ в России (даже с учётом планов развития до 2035 г) – это уровень малых стран.

Встречающиеся в прессе и профессиональных дискуссиях рассуждения о значительной нагрузке на потребителей и инфляционных рисках применительно к российской отрасли НВИЭ содержат явные преувеличения, не подтверждаемые в других странах.

В стране отсутствует необходимая законодательная, нормативно – правовая база и только разрабатывается единая государственная политика и координация практической работы и НИОКР по развитию НВИЭ. В результате достижения отечественной науки в области НВИЭ используется ограниченно и развивается она крайне не достаточно. Работа ориентируется практически на зарубежный опыт и оборудование. Всё это ведёт к разрыву между стадиями инновационного цикла, увеличению сроков реализации инноваций, и соответственно: НИОКР, производство и внедрение оказываются не связанными между собой за редким исключением. Не ведётся разработка и внедрение принципиально новых отечественных технологий и оборудования и они оказываются не востребованными. В результате страна несёт значительные экономические потери, связанные с тем, что отсутствие отечественных технологий пытаемся компенсировать импортом, и соответственно, потерей добавленной стоимости в отечественной промышленности. Использование более дорогих импортных технологий и оборудование и его эксплуатация компенсируется ростом цен на энергию и производимую продукцию, что ложится дополнительной нагрузкой на отечественных потребителей. [13, 14]

Хочется надеяться, что проблемы истощения запасов, удорожание ископаемого органического топлива, климата и экологии, волнующие мир, заставят и РФ активнее заниматься НВИЭ. Степень централизации электроснабжения в России значительна, но и эдесь ситуация будет меняться и в связи с ростом децентрализации спрос на НВИЭ вырастет.

Перечень источников

1. Энергетика XXI века – время действовать. Доклад МИРЭС, 2000.
2. Б. Скиннер. Хватит ли человечеству земных ресурсов? Пер. с англ. Москва. Мир. 1989.
3. ПРОГНОЗ РАЗВИТИЯ ЭНЕРГЕТИКИ МИРА И РОССИИ. ФГБУН «Институт энергетических исследований Российской академии наук» НОУ Московская школа управления. Сколково.2019.
4. Углеводородные ресурсы мира. М.В. Голицын, О.Н. Баженова, Н.В. Пронина, А.Я. Архипов, Е.Ю. Макарова. Энергия: экономика, техника, экология. – М.: Изд-во "Наука", 2005.
5. Международный форум «Сто лет электричества», «Электроэнергетика в XXI веке — 7 революций», Москва, Сколково, 2020.
6. REN21, 2018. 2019 Renewable Energy Policy Network or the 21-st Century. Renewables 2017. Global Status Report.
7. Материалы «Международного конгресса REENCON – XXI: Возобновляемая энергетика ХХI века: энергетическая и экономическая эффективность», М., «Сколково» 5 – 6 июня 2018 г.
8. Pure Power – Wind Energy. Scenarios up to 2030. Final Report. EWЕA.
9. Материалы Российского международного энергетического форума. Санкт – Петербург, июнь 2019 г. М. Изд-во МЭИ , 2019.
10. Материалы Международных форумов «Возобновляемая энергетика: пути повышения энергетической и экономической эффективности» (REENFOR – 2013 - 2017).
11. Лю Чженья. Глобальное энергетическое объединение. Издательский дом МЭИ, М., пер. с кит., 2016.
12. Перминов Э.М., Тягунов М.Г. К вопросу о структуре и управлении энергетики Будущего. Энергетик, 2020, № 1, С. 33-43
13. Гринкевич Е.Б., Перминов Э.М. Основные принципы государственной политики по возобновляемой энергетике. Энергетик. 2014. № 2. С. 10 –12.
14. Материалы рассмотрения вопросов на заседаниях секций Научно - технической коллегии НП «НТС ЕЭС» 2015 – 2020 годы.
15. Перминов Э.М. Энергетика Республики Крым – состояние и проблемы развития. Новая возобновляемая энергетика – выбор Крыма. Энергетик. 2014. № 5. С. 5–8.