Большие эффекты малой генерации

Фото: digitalsubstation.com

Развитие систем энергетики в Арктической зоне Российской Федерации является необходимым условием для повышения жизненного уровня населения, решения стратегических задач страны, обеспечения устойчивого промышленного роста. Применение местных видов топлив, СПГ и ВИЭ служит основным направлением развития энергоснабжения в северных регионах.

Энергетическая трансформация в Арктике

В последнее десятилетие в Арктической зоне Российской Федерации началось интенсивное развитие промышленности. Безусловно, что основной тон задают крупные проекты по добыче и переработке нефти и газа. Примеры успешной реализации данных проектов в сочетании с государственными вложениями в инфраструктуру (ледокольный флот, порты, гидротехнические сооружения) привлекают новые значительные инвестиции.

Можно сказать, что именно в Арктике впервые в России масштабные государственные инвестиционные вложения дали синергетический эффект и определили стратегическое развитие не только одного макрорегиона, но и всей страны.

Освоение энергетического потенциала Арктики призвано сыграть огромную роль и в мировом масштабе, в контексте глобальной энергетической трансформации. Снижение выбросов загрязняющих веществ и парниковых газов обеспечивается за счет сокращения потребления энергоносителей с высоким углеродным следом и расширения использования альтернативных видов топлив. К числу последних относится и сжиженный природный газ. Использование СПГ, производимого в Арктике, позволяет уменьшить эмиссию парниковых газов.

Вместе с тем сама по себе Арктика является крайне экологически уязвимым регионом, что требует очень острожного отношения к ее эксплуатации. Традиционно энергообеспечение потребителей в Арктике осуществляется путем завоза энергоресурсов: угля (хотя его добыча ведется и в арктических районах), нефти и нефтепродуктов. К сожалению, в последние годы произошла целая серия аварий с разливами топлив. Можно констатировать, что потери от одного такого ЧП перечеркивают всю экономию, полученную благодаря эксплуатации старых энергетических мощностей, работающих на относительно дешевом, но грязном топливе.

Наиболее масштабной стала авария с разливом дизельного топлива на энергомощностях ТЭЦ-3 компании "Норильский никель". Анализируя ее причины, надо сделать не только административные выводы. Ужесточение надзора не даст полной безопасности, размер компании также не спасает от аварий.

Одной из реакций на норильскую аварию стало изменение государственной позиции в отношении развития энергетического комплекса в Арктике. В соответствии с указом Президента РФ № 645 от 26 октября 2020 года "О стратегии развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2035 года" высокая доля локальной генерации на основе дизельного топлива была отнесена к угрозам национальной безопасности страны. В соответствии с данной стратегией к 2035 году должен быть осуществлен поэтапный переход к использованию в Арктике возобновляемых источников энергии, сжиженного природного газа и местных видов топлив.

Значительную роль в изменении структуры топливной корзины в Арктике будет играть международное регулирование судоходства. В период до 2050 года ожидается введение в действие дополнительных ограничений по выбросам и требований к качеству топлив для судов (см. рис. 1).

Текущее состояние ВИЭ в Якутии

На территории Республики Саха (Якутия) введено в эксплуатацию 22 объекта ВИЭ (по состоянию на начало 2022 года), в том числе одна станция ВЭС и 21 станция СЭС.

Совокупная мощность объектов ВИЭ составляет 2,5 МВт. По итогам 2020 года выработка превысила 3 тыс. кВт·ч. По установленной мощности объекты СЭС (1621 кВт) занимают долю около 64%. При этом единственная станция ВЭС в Тикси (900 кВт) обеспечивает вклад в размере 36%. Но структура выработки энергии прямо противоположная: станция ВЭС выработала 57% (1 729 тыс. кВт·ч), а 21 станция СЭС – только 43% (1 287 тыс. кВт·ч) (см. рис. 2).

Данная ситуация является результатом значительного превышения единичной мощности ВЭС. Свою роль сыграло и ее географическое расположение, обеспечивающее более стабильный ветер по сезонам, что приводит к большей загрузке и высокому коэффициенту использования установленной мощности (см. рис. 3).

Объекты генерации ВИЭ имеют долю по установленной мощности до 45% (п. Верхняя Амга), а максимального значения генерация на ВИЭ достигает в п. Юрэн – 65,8% и п. Верхняя Амга – 57,7%.  Достаточно большую долю ВИЭ занимает в поселке Батамай – более 20% по установленной мощности, 12% по выработке. В остальных изолированных районах доля ВИЭ в произведенной энергии не превышает 10% (Таблица 1).

Потенциал замещения нефтяных топлив

Стратегия социально-экономического развития Арктической зоны Республики Саха (Якутия) на период до 2035 года, утвержденная 14 августа 2020 года указом Главы Республики № 1377, определяет большую роль СПГ для обеспечения топливом электростанций. Цель перехода на этот новый энергоноситель – снизить расходы на обеспечение жизнедеятельности арктических поселков, повысить надежность энергетического хозяйства, улучшить экологическую ситуацию.

30 июня 2021 года распоряжением Правительства Республики Саха (Якутия) № 602-р утверждена "Программа потребления сжиженного природного газа в Республике Саха (Якутия) до 2030 года" (см. рис. 5).

Благодаря наличию значительных запасов газа и ограниченным возможностям их монетизации за счет трубопроводных поставок в другие регионы в Якутии появилось более 10 проектов по производству СПГ общей мощностью около 2 млн т в год.

Основными сегментами для СПГ определены:

• автономная газификация и использование газа на объектах теплоснабжения;
• газомоторное топливо;
• сельскохозяйственная техника;
• пассажирский автомобильный транспорт;
• специальная и крупная промышленная техника;
• использование СПГ на железнодорожном транспорте;
• бункеровка судов на реке Лена;
• экспорт и поставки в соседние регионы.

В регионе, помимо СПГ, возможно использование и других видов местных энергоносителей. Интересным примером в этом плане является завод по переработке сапропелевых углей (богхедов) в Тикси. Данное предприятие применяло технологию полукоксования богхедов с производством синтетических топлив и имело проектную мощность 4–5 тыс. т по смоле. В Тикси планируется реализовать проект газификации углей месторождения Сого с производством синтез-газа и его последующим использованием для генерации тепла и электрической энергии.

Этапы развития изолированных систем энергоснабжения

19 марта 2021 года под председательством президента Российской академии наук А. М. Сергеева прошел круглый стол на тему "Климатический испытательный полигон в Арктике и развитие альтернативной энергетики". По итогам мероприятия с участием Научно-образовательного центра "Север: территория устойчивого развития" были выработаны рекомендации правительству Республики Саха (Якутия). В частности, предлагалось разработать:

• научно обоснованную концепцию замены неэффективной дизельной генерации на использование ВИЭ, СПГ, местных видов топлива, атомных станций малой мощности, плавучих атомных теплоэлектростанций;
• дорожную карту замещения дизельной и нефтяной генерации на ВИЭ и альтернативные источники энергии;
• доклад в Правительство Российской Федерации о потенциале альтернативных источников энергии в Республике Саха (Якутия).

Были также определены целевые направления развития изолированных энергорайонов (см. табл. 2).

Достижение целевого видения изолированного энергорайона будет происходить постепенно. В ходе развития можно выделить несколько этапов (Таблица 3).

Модель развития распределенного энергоснабжения

Экономическая модель построения распределенной системы энергоснабжения в изолированных энергорайонах базируется на следующих принципах:

• вовлечение местного населения и повышение уровня его доходов;
• единичная мощность объекта микрогенерации – не более 15 кВт;
• создание распределенной системы энергоснабжения на основе сочетания множества объектов микрогенерации и централизованных источников генерации;
• сокращение сроков окупаемости и возврата инвестиций за счет льгот по налогам;
• тарифообразование на основе микроэнергосервисных контрактов.

Схема развития распределенной системы энергоснабжения в изолированном районе требует соблюдения ряда условий. Во-первых, необходима активная созидательная позиция гарантирующего поставщика. Во-вторых, привлечение финансового оператора. В-третьих, стандартизация используемого оборудования с целью получения эффекта масштаба при его закупке, снижения сервисных издержек, унификации и сокращения затрат на запасные материалы и ремонтные комплекты.

В основу экономической модели положены микроэнергосервисные контракты и приобретение оборудования владельцем объекта микрогенерации.

Необходимо продвижение проекта посредством рекламных акций, просветительских мероприятий, лотерей среди жителей. Нужны также дополнительные стимулирующие действия по вовлечению населения в проект, включая субсидии на приобретение оборудования.

В соответствии с решением совещания, состоявшегося 2 июля 2021 года, в качестве пилотного проекта по созданию распределенных сетей энергоснабжения в изолированных районах Республики Саха (Якутия) выбран поселок Ючюгей Оймяконского района. При принятых допущениях и ограничениях распределенная система в этом поселке будет включать в себя 16 новых объектов микрогенерации, которые будут производить около 28 тыс. кВт·ч за год и обеспечат экономию 7,3 т дизельного топлива.

В результате реализации проекта экономия для одного домохозяйства составит 25,5 тыс. рублей (при ценообразовании на основе микроэнергосервисного контракта), а доходы АО "Сахаэнерго" – около 6,4 тыс. рублей с одного объекта микрогенерации. При этом следует отметить, что финансовые выигрыши получают все участники проекта, а гарантирующий поставщик не инвестирует в объекты микрогенерации собственные средства.

Совокупный годовой доход распределенной энергосистемы в поселке Ючюгей приблизится к 510 тыс. рублей.

***

Проведенный анализ показывает эффективность распределенной энергетической системы на основе объектов микрогенерации в сочетании с микроэнергосервисными контрактами. Предлагаемая модель может тиражироваться в изолированных энергорайонах в Арктике, а также в моногородах на основе СЭС, микроГЭС, ВЭС и ДЭС.

Важным элементом системы могут стать источники на атомной энергии: атомные станции малой мощности, плавучие атомные теплоэлектростанции.

В результате проекта достигаются следующие эффекты:

• снижение инвестиционной нагрузки на гарантирующего поставщика;
• рост экономической активности;
• повышение доходов населения;
• модернизация сетей в изолированных районах;
• увеличение надежности энергоснабжения;
• создание тиражируемой технологии;
• снижение использования нефтяных топлив;
• технологическое развитие.

Схема развития СПГ-инфраструктуры Якутии