Возобновляемые источники энергии в Европе и США: что нового?

С. Шовкопляс

Украина сейчас следует в русле мировых тенденций применения и развития возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Однако другие страны не просто наращивают инфраструктуру энергетики, увеличивая количество генерирующих мощностей из ВИЭ, но и применяют все более продвинутые инструменты, регулирующие рынок, и создают сеть аппаратных средств разного уровня мощности, нивелирующих неравномерность генерации из ВИЭ

Главный тренд последнего времени – расширенное применение ВИЭ для систем отопления и охлаждения на базе электрических систем, энергия для которых в огромной степени может быть получена именно из ВИЭ. Этой тенденции способствует развертывание систем хранения энергии разной мощности – от домашних до локальных и региональных систем, в сочетании с продвинутыми системами реагирования на спрос и диспетчеризацию потоков энергии, устраняющих главный недостаток применения ВИЭ – неравномерность генерации энергии из природных источников (ветра, солнца, волнения, прибоя и т. п).

Эта тенденция в виде всеобъемлющего целостного системного подхода поддерживается не только законодательно и благодаря льготам по налогообложению, киберподдержкой необходимых сервисов учета, прогнозирования и перенаправления энергопотоков, но и последовательной переориентацией на электрику ведущих мировых производителей оборудования для отопления/охлаждения, горячего водоснабжения и поддержки микроклимата.

Более того, вкладываются средства в разработку и внедрение систем долгосрочного хранения электричества. Например, сейчас рассматриваются проекты по созданию экологически чистых систем долгосрочного хранения тепловой энергии, работающих по технологии высокотемпературного нагрева мелких частиц (например, керамических). В них электроэнергия, произведенная из ВИЭ, накапливается и в нужное время перенаправляется в общую электросеть, стабилизирует ее работу и частоту. Данная технология может способствовать массовому применению электричества для систем отопления и охлаждения, чтобы впоследствии полностью отказаться от технологии сжигания углеводородов в домашних хозяйствах, коммунальном секторе и в большинстве отраслей промышленности.

На рис. 1 показана схема одного из проектов Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) при Министерстве энергетики США (DOE), которая недавно получила грант $2,8 млн на НИОКР системы хранения электрической энергии и выработки электроэнергии в высокотемпературных накопителях. Система включает в себя высокотемпературное устройство накопления/высвобождения энергии, недорогие модули накопления тепловой энергии, высокопроизводительный теплообменник и турбину с замкнутым контуром Брайтона.

Рис. 1. Схема экономичного долговременного хранилища электроэнергии (LDES) с использованием недорогого высокотемпературного накопителя тепловой энергии(проект ENDURING)

На рис. 1 показывается, как работает данная система. Как объясняет научный руководитель исследований в NREL Живен Ма: «В тот период времени, когда имеется избыток генерации из ВИЭ и электроэнергия из них максимально дешевая, электрические нагреватели будут «заряжать» модули хранения тепла, нагревая стабильные недорогие твердые частицы до температуры более 1100 °C. И когда (возможно через несколько недель или дней) наступает время использовать эту энергию, горячие частицы, проходя через теплообменник, нагревают рабочую жидкость, которая приводит в действие турбины, работающие по высокоэффективному комбинированному замкнутому циклу Брайтона, присоединенные к электрическому генератору». Подобной системы накопления тепла мощностью 55 ГВт достаточно для электропитания, отопления/охлаждения и горячей водоподготовки для 50 000 индивидуальных домов в течение 100 часов при полномотключении от общей электросети.

Заокеанские тренды ВИЭ

Рынок солнечных фотовольтаических установок разного назначения и уровня мощности демонстрирует в США уверенный рост. Согласно прогнозу, приведенному в отчете U.S. Solar Market Insight 2019, созданном совместно c Ассоциацией солнечной энергетической промышленности США (SEIA) и компанией Wood Mackenzie Power & Renewables, после очевидного провала в росте применения PV-установок в коммунальном секторе, вызванного отказом администрации Трампа от дальнейшего участия в Парижском соглашении и опаской девелоперов ввиду возможности сокращения финансового стимулирования и долгосрочного кредитования ВИЭ-проектов внутри страны, сейчас PV-отрасль в США уверенно набирает обороты, см. рис. 2. Следующее снижение прироста (в 2022 г.) объясняется цикличностью инвестирования.

Рис. 2. Статистика и прогноз применения PV-установок в США в домохозяйствах, в промышленном и коммунальном секторах энергетики. «Е» – прогнозные значения. Источник: отчет U.S. Solar Market Insight 2019

Тенденции рынка ВИЭ в США – это, прежде всего, применение аккумуляторных установок (ESS), что позволяет не только повысить степень автономности отдельных энергохозяйств, но главным образом нацелено на эффективность использования ВИЭ и поддержку функционирования малых распределенных энергосетей. Они, в свою очередь, поддерживают устойчивость всей энергосистемы и сетевой инфраструктуры.

Лидирует в развертывании ВИЭ-мощностей в США именно солнечная энергетика. Быстрый совместный рост общей установленной мощности PV-установок и аккумуляторных систем в США происходит на фоне снижения цен на сланцевый газ и удешевления генерации энергии путем сжигания газа. Солнечно-аккумуляторная технология предлагает намного больше преимуществ и удовлетворяет куда большее число потребностей: PV-система с накопителем энергии может работать быстрее, чем газовая установка; она может стабилизировать напряжение и частоту в сети; устранить недостатки из-за неравномерной генерации из ВИЭ, при этом оставаясь максимально «зеленой» технологией. Это происходит на фоне резкого мирового снижения стоимости литийионных батарей, как наиболее распространенных систем хранения и накопления энергии в малом и среднем сегменте энергетики. Комбинация PV+ESS становится неудержимой.

Регулирующие органы, коммунальные службы и правительства отдельных штатов в США начинают понимать это, и, среди прочего, приказ №841 Федеральной комиссии по регулированию энергетики открыл для участия в бизнесе по хранению энергии оптовые рынки – в бизнес по хранению электроэнергии теперь смогут войти крупные игроки. К ранее введенным налоговым преимуществам добавляется стимулирование применения объединенных систем, сочетающих хранение энергии с солнечной генерацией, в рамках Инвестиционного налогового кредита (ITC), что дополнительно стимулирует рост систем PV+ESS в США.

По данным специализированных аналитических агентств, отслеживающих рынки ВИЭ, рынок систем хранения электроэнергии в США может в этом году увеличиться почти вдвое до 712 МВт с 376 МВт в прошлом году. Это позволит Соединенным Штатам обогнать Южную Корею, которая доныне обладала крупнейшими в мире суммарными мощностями по хранению энергии в электросетях общего назначения (2017, 2018 гг.)

И это только начало. Ожидается, что в США с 2019 г. по 2023 г. будет развернуто как минимум еще 5 ГВт хранилищ энергии для передающих сетей (90% из которых будут на базе литий-ионных батарей). Аналитики отмечают, что оптимальное отношение установленных мощностей PV-генерации к мощности ESS для США составляет 4:1. При этом даже на уровне нынешних цен на компоненты, суммарная себестоимость электроэнергии, произведенной на комбинированных PV+ESS установках, не превышает сейчас $40 за МВт·ч, что сопоставимо с существующим уровнем розничных цен на покупную электроэнергию в США ($19 – $38 за МВт·ч).

Особенности приобретения электричества из ВИЭ

В США и в ЕС по-прежнему растет популярность т. н. PPA (Power Purchase Agreement) – «Соглашение о закупке электроэнергии» – долгосрочных контрактов на приобретение электроэнергии, в течение действия которых стоимость энергии не меняется. Во многих случаях такие контракты обеспечивают поставки энергии на уровне нижесуществующей рыночной цены.

Данные группы «Wood Mackenzie Power & Renewables» свидетельствуют, что из всех корпоративных PPA, действующих в США на начало 2019 г., более 22% относятся к закупкам электроэнергии именно из ВИЭ. По мере снижения себестоимости «солнечной» электроэнергии постепенно растет популярность PPA для PV-генерации. Это отражает график на рис. 3, демонстрирующий рост доли PPA на поставку электроэнергии из PV-источников. Согласно данным «Wood Mackenzie Power & Renewables», в настоящее время в Соединенных Штатах имеется более 8,8 ГВт установленной мощности ветровой и солнечной энергии, связанной с корпоративными и промышленными потребителями. За 2017 и 2018 гг. рост общей мощности, законтрактованной по PPA, составил 109%. На сегодня оформлено в виде PPA поставки от более чем 6,8 ГВт генерирующих мощностей для корпоративных и промпотребителей, а прогнозы таковы, что к концу года эта цифра может вырасти до 10 ГВт, то есть еще примерно на треть.

Рис. 3. Динамика изменения объема потребления солнечной и ветровой энергии корпоративными и промышленными потребителями и доля поставок по PPA в США.Источник: Wood Mackenzie Power & Renewables, 2019 г.

Февральский отчет от Bloomberg New Energy Finance (BNEF) подтверждает, что 2018 год был годом бума корпоративных сделок PPA из ВИЭ в мире. Данные от BNEF показывают, что контракты на экологически чистую энергию, подписанные 121-ю корпорациями в виде PPA в 21 стране, за 2017 и 2018 гг. более чем удвоилось (до 13,4 ГВт). Прошедшие три года показали рост сделок PPA на 86%, а лишь за последний год (2018 г.) получен прирост 40%. Большинство PPA было подписано в США, которые сейчас составляют 60% от сделок по всему миру, см. рис 4. Данный график учитывает сведения по Северной Америке (СА), не включая Мексику; значения по Азиатско-Тихоокеанскому региону (АТР) приведены без Австралии; цифры по Европе, Ближнему Востоку и Африке (ЕБВА) в некоторой степени носят оценочный характер.

Рис. 4. Глобальный объем сделок PPA из ВИЭ, ГВт.Источник: BNEF, 2019 г.

Европейские Гарантии Происхождения

В ЕС для стимулирования развития энергетики из ВИЭ все больше применяется необычный для нас финансовый инструмент. Чтобы задокументировать и гарантировать тот факт, что энергия,которую потребляет отдельная компания в Европе, поступает именно из ВИЭ, компания приобретает т. н. «Гарантии Происхождения» (GOs). Добровольная система «Гарантий Происхождения» (ГП) соответствует руководящим указаниям в области 2-го Протокола по парниковым газам и признана эффективным инструментом для сокращения выбросов парниковых газов и повышения общего рейтинга экологической устойчивости. Когда компания покупает ГП в виде сопроводительной документации на поставленную или потребленную электроэнергию, то на такую же цифру из реестра списываются электронные сертификаты< поставщиков энергии из ВИЭ. Такой единый стандартизированный инструмент позволяет легко отслеживать права собственности, проверять претензии и гарантировать, что сами «Гарантии происхождения» продаются только один раз, и что нет двойного учета. ГП принимается также в качестве отчетного документа при назначении, например, налоговых льгот и в других целях.

В Европе благодаря общему энергетическому рынку, правилам перетоков и трансграничной инфраструктуре, энергия может быть произведена в одной стране ЕС, а поставлена потребителям в другой стране. Если нет ГП на потребляемую компанией электроэнергию, то она может поступать из любого источника, включая ядерный или ископаемый.

Благодаря ГП впервые в ЕС зафиксирован гарантированный спрос на энергию из ВИЭ, превышающий 500 ТВт·ч. Эти данные получены в 2019 г. благодаря обработке отчетов о приобретении ГП за 2018 г. Том Линдберг, управляющий директор консалтинговой компании ECOHZ по расширенному применению ВИЭ, комментируя последнюю статистику, утверждает, что: «Если зафиксированная тенденция роста сохранится, то через пять лет рынок ГП превзойдет один миллиард евро». Том Линдберг добавляет, что теперь «клиенты готовы платить премию за гарантированное приобретение энергии из ВИЭ», а это, в свою очередь, стимулирует рынок генерации из ВИЭ. Отмечается, что рост продаж ГП по сравнению с предыдущим годом, в 2018 г. превысил 8%, достигнув показателя приобретенных серти фикатов на 510 ТВт·ч.

Динамика спроса на ГП в ЕС по данным ECOHZ показана на рис. 5. В одной только Франции рост спроса на ГП в прошлом году превысил 50%. Тут надо понимать, что динамика спроса на ГП отображает увеличение спроса собственно на возобновляемую энергию, продолжающего демонстрировать устойчивый рост у крупнейших потребителей Европы. Подобно Франции, рекордно высокий спрос на ВИЭ в 2018 г., отмечен в Нидерландах, Швейцарии и Италии (45 ТВт·ч по сравнению с 41 ТВт·ч в прошлом году). Спрос на ВИЭ на рынке Германии впервые превысит 100 ТВт·ч.

Рис. 5. Динамика спроса на приобретение сертификатов происхождения энергии из ВИЭ (ГП), ТВт·ч. Источник:ECOHZ, 2019 г.

Оптовые цены на энергоносители в среднем составляли около 1,30 €/МВт·ч в 2018 г., тогда как в Северной Европе энергия из малых ГЭС торгуется на уровне 2,29 €/МВт·ч. Это указывает на то,что рынок готов платить более высокую цену за энергию из определенных источников, хотя спрос в 2018 г. и не возрастал настолько же агрессивно, как в 2017 году.

Учитывая, что спрос превышает 500 ТВт·ч, а средние форвардные цены на возобновляемую энергию в настоящее время установились на уровне около 1,30 €/МВт·ч, то годовая стоимость рынка ВИЭ превышает €650 млн. Если тенденции роста сохранятся, можно с уверенностью прогнозировать, что через несколько лет это будет рынок в миллиард евро.

ВИЭ на выбор

На самом деле ГП, помимо инструмента для получения налоговых льгот за уменьшение выброса парниковых газов (в зависимости от условий в конкретной стране ЕС), это способ стимулирования каждой отрасли ВИЭ-генерации, за который потребители «голосуют деньгами».

Ветроэнергетика в ЕС продолжает укреплять свои позиции среди покупателей. Хотя гидроэнергетика по-прежнему – крупнейший способ ВИЭ-генерации, предпочтения постепенно смещаются в сторону альтернативных ВИЭ, причем энергия ветра становится т. н. «технологией выбора». Эти изменения спроса могут не только отражать изменения в предпочтениях потребителей, но также показывать изменения в доступности различных технологий на рынке. «Солнце» ввиду географического положения наиболее развитых стран ЕС прирастает меньшими темпами, чем биомасса,ветер и геотермальная энергия, к которой сейчас относят и технологии с использованием тепловых насосов, см. рис. 6.

Рис. 6. Изменение спроса в ЕС на ВИЭ из разных источников, ТВт·ч, на основе приобретения ГП.Источник: ECOHZ, 2019 г.

Домохозяйства, организации и предприятия вместе вносят свой вклад в рост рынка ВИЭ. Но корпоративный сектор является основной движущей силой, потому что все больше корпораций рассматривают устойчивость энергетики как необходимое условие для будущей конкурентоспособности.

Существует несколько инициатив для поддержки корпоративных стремлений для обеспечения устойчивости. Крупнейшие из известных инициатив являются WeMeanBusiness и RE100. Инициатива RE100 теперь включает 161 корпоративных членов, которые публично обязались потреблять энергию на 100% из ВИЭ. Глобальные инициативы учета, такие как CDP (Carbon Disclosure Project, «Проект раскрытия информации о выбросах углерода») и «Протокол по парниковым газам» также способствую формированию спроса на ВИЭ. Кроме того, ЕС недавно одобрил новую Директиву по возобновляемым источникам энергии (REDII), укрепляющую это движение и способствующую системе приобретения ГП путем дальнейшего встраивания ее в европейское законодательство. «ГП сейчас – это основной инструмент в Европе для документирования закупок энергии из ВИЭ, а REDII представляет собой важный шаг вперед в укреплении системы гарантий происхождения», – разъясняет Том Линдберг из ECOHZ.

Мировой переход к экономике экологически чистой энергии («энерготранзиция») продолжается. Воодушевленные появлением новых научных данных и глубоким использованием накопленных, переориентацией рыночных сил и, в некоторых случаях, целенаправленной государственной политикой и внедрением специальных финансовых инструментов, в разных странах различные отрасли промышленности, в том числе и наиболее энергоемкие, начинают все больше ориентироваться на источники энергии с нулевым выбросом углерода. Теперь производители охотно разрабатывают все более энергоэффективные изделия, правительства принимают все более экологичные стандарты. Глобальная нацеленность на новый «зеленый курс» благотворно сказывается на уровне занятости в мировой экономике. Появление все большего количества «зеленых рабочих мест», сокращение выбросов парниковых газов, растущее потребление электроэнергии из ВИЭ вместо опоры на «ископаемую» энергетику стали одними из самых важных тенденций развития экономики и промышленности по всему миру.

Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok.  Долучайтесь!

Переглянуто: 4 199