Ветер в проводах: угольную генерацию в США убивает газ, а не ВИЭ

31 May 2017

источник публикации

В апреле министр энергетики США Рик Перри обратился к научному сообществу с просьбой оценить воздействие госполитики в области возобновляемой энергетики на угольную и атомную генерацию. Некоторых экспертов такая постановка вопроса смутила, ведь эта проблема уже была детально изучена как сетевыми операторами, так и специалистами самого Минэнерго. Другие же подошли к заданию творчески. Группа учёных Техасского университета в Остине изучила механизмы американского энергорынка на примере Техаса и представила свою версию ответа на запрос министра. Их мнение особенно любопытно, учитывая, что сам Рик Перри до своего назначения в администрацию Дональда Трампа был техасским губернатором.

Неверный вопрос

К настоящему моменту написано бессчётное количество статей, почему угольная индустрия так плохо себя чувствует. Если совсем коротко: потому, что природного газа много и он дёшев. Американские угольные ТЭЦ стары и изношены. Энергопотребление в США практически не растёт, так что дешевле строить большие электростанции на новых видах топлива, чем восстанавливать старые.

Сама постановка вопроса о том, убивают ли «ветер» и «солнце» традиционные виды генерации, раскрывает устаревшее представление об энергетических рынках. Точно так же в конце 1990-х многие задавались вопросом, убьёт ли электронная почта традиционную. И тогда, и сейчас ответ однозначен: «Да, и слава Богу!» Как и 20 лет назад, потребители вновь выберут то, что дешевле, быстрее и меньше воздействует на окружающую среду. Даже анализ, проведённый Минэнерго США, подтверждает, что ветровая и солнечная генерация обладает преимуществом перед традиционной благодаря нулевой стоимости сырья и отсутствию вредных выбросов. К тому же использование ВИЭ в сочетании с другими современными технологиями не вредит стабильности энергосистемы, как бы на том ни настаивали критики.

Техасские пионеры

Учитывая, что в Техасе действует свой сетевой регулятор (ERCOT – Electricity Reliability Council of Texas), а мощность ветрогенераторов превышает этот показатель в остальных штатах страны, техасская энергосистема наглядно показывает, как ВИЭ влияет на энергосистему.

На конкурентных рынках, подобных ERCOT, компании, владеющие электростанциями, подают заявки на аукцион, обязуясь поставлять электричество в определённое время по определённой цене. Существует такое понятие, как «стопка заявок» (bid stack), буквально означающее всю совокупность заявок от энергокомпаний, сформированную в порядке изменения цены. Рынки используют «стопки заявок», чтобы убедиться, что электростанции с более дешёвым электричеством имеют преимущество перед теми, чьи цены выше.

Очевидно, что на цену электричества влияет стоимость сырья. Чем дешевле сырьё, тем меньше себестоимость производства на газовых электростанциях, тем проще им продвигаться в «стопке заявок», предлагая более выгодную цену.

Когда стоимость газа опускается до $3,5 за 1 млн БТУ (Британская термическая единица – количество тепла, необходимое для того, чтобы поднять температуру 1 фунта воды на 1 градус Фаренгейта) и ниже, он начинает вытеснять уголь с рынка. Этот процесс мы и наблюдаем сегодня.

Как ВИЭ влияет на систему торгов электричеством? Вода, ветер и солнечный свет достаются нам бесплатно, а значит, предельные эксплуатационные расходы (marginal operational cost) электростанций на этих источниках энергии близки к нулю. Проще говоря, произвести 1 МВт энергии на ВЭС стоит столько же, сколько и 10 МВт. Это означает, что чем больше солнечных и ветровых электростанций вводится в строй, тем большее место они занимают в «стопке заявок».

ВИЭ буквально выталкивают с рынка атомные, угольные и даже газовые электростанции, так что некоторым из них уже не удаётся вернуться «в сеть» и сохранить рентабельность. Это прекрасная новость для потребителей (всех нас), ведь суммы в наших счетах за электроэнергию снижаются, но плохая новость для ряда генераторов (тех же угольных электростанций), чья продукция оказывается невостребованной, а доходы снижаются.

Итак, природный газ и ВИЭ влияют на угольную генерацию по-разному. Природный газ – прямой конкурент угля. Оба этих вида топлива годятся, чтобы оперативно «поддать жару», скажем, когда сетевому оператору нужно больше мощности. Такая конкуренция полезна для устойчивости сети. Но с падением цен на природный газ уголь становится менее конкурентоспособным, ведь эксплуатационные расходы на газовых ТЭЦ меньше.

Влияние ВИЭ носит несколько иной характер: ветер и солнце не работают по указанию диспетчера, так что мощность ВЭС и СЭС нельзя увеличить единовременно. Но всё же когда в Техасе ветрено и солнечно, альтернативные электростанции составляют острую конкуренцию традиционным.

Исследования Техасского университета в Остине показывают, что при установке значительных объёмов солнечной генерации общегодовые затраты на управление сетью в рамках ERCOT возрастут на $10 млн, а общегодовая оптовая стоимость электричества снизится на $900 млн. В результате ВИЭ вполне смогут конкурировать с традиционными источниками энергии. Но они не вытеснят уголь в той мере, как это делает дешёвый природный газ. Фактически, в рамках ERCOT, природный газ вытесняет в среднем вдвое больше угольной генерации, чем ВИЭ.

А что там с атомной генерацией?

Проблемы атомной отрасли главным образом заключаются в ней самой. Если коротко, суть в следующем: стоимость строительства АЭС крайне высока, так что сегодня в США не строят их в большом количестве, утрачивая необходимые для этого компетенции и инфраструктуру, что, в свою очередь, отражается на цене каждой отдельной АЭС. В общем, замкнутый круг.

В наши дни именно природный газ, уложивший на лопатки угольную отрасль, представляет основную угрозу для новых атомных электростанций. Построить новую газовую станцию комбинированного цикла примерно в шесть раз дешевле, чем новую АЭС. К тому же она будет вдвое эффективнее.

Отстоять стабильность

Ветроэнергетика зависит от погоды, и это обстоятельство заставляет сетевых операторов нервничать. Но технология ветровых прогнозов развивается стремительно, вселяя всё большую уверенность в потребителей энергии от ВЭС. Любопытно, что в Техасе требования к резервной мощности, необходимой для устойчивой работы сети в периоды безветрия, постепенно снижаются, в то время как сами объёмы ветровой генерации растут.

Так чем же было вызвано нарушение стабильности в техасской электросети? Тем, что наряду с бурным ростом ветроэнергетики произошли рыночные изменения в системе ERCOT. Пока Перри был губернатором, техасский энергетический рынок из медленного и неповоротливого стал быстрым и отлаженным. Его новая динамичная структура позволила включить в систему большие объёмы ветровой генерации. Это наглядный пример того, как продвинутые технологии помогают нам заново изобрести энергосистему, сделав её более дешёвой, чистой и устойчивой.

Сделано многое, но предстоит сделать ещё больше. Для этого нам понадобятся новые информационные технологии в сочетании с интегрированным в систему современным оборудованием. В Техасе 7,7 млн умных счётчиков. Мы подсчитали, что установка 7 млн управляемых термостатов для домохозяйств штата обошлась бы в $2 млрд. Летом около 50% пикового спроса на электроэнергию – примерно 30 ГВт – приходится на кондиционеры. Благодаря динамическому управлению нагрузкой энергосистемы с помощью термостатов мы можем снизить пиковый спрос на 10–15 ГВт. Это избавляет нас от необходимости тратить $10–15 млрд долларов на строительство генерирующих мощностей. Потратить $2 млрд, чтобы избежать траты в $15 млрд, – это хорошая сделка. Фактически, даже если раздавать термостаты бесплатно и даже приплачивать каждому домохозяйству по $700 «за беспокойство», это всё равно будет дешевле, чем строить новые электростанции.

Министр Перри поставил правильные вопросы. Благодаря урокам, выученным в пору его губернаторства, у нас уже есть на них ответы: несмотря на все опасения, включение ветровой и солнечной энергии в энергосистему – наряду с природным газом, «умными» рыночными решениями и интегрированными системами контроля нагрузки – сделает энергосистему чище, дешевле в эксплуатации и устойчивей.