закладки →

И как можно «просчитать» энергосистему с помощью новейших технологий

В конце февраля аналитики компании Wärtsilä продемонстрировали украинским энергетикам, как нужно моделировать развитие объединенной энергосистемы (ОЭС) страны на долгосрочную перспективу.

В ходе специального мероприятия «Энергетический переход: каков оптимальный путь к углеродно-нейтральной энергосистеме?» 26 февраля финны предложили к рассмотрению математическую модель двух сценариев развития нашей энергетики до 2050 года. Первый из них, оптимальный, базировался на соображениях максимально дешевой и конкурентоспособной энергосистемы. Второй сценарий – безуглеродный – имел своей целью достижение нулевых выбросов и переход к 100%-ной возобновляемой энергетике на протяжении 30 лет.

Оба сценария не претендуют на истину в последней инстанции и представляют собой скорее базисный проект для дальнейшей дискуссии и доработки.

«Это не приговор и не рекомендация. Это приглашение к диалогу, чтобы мы эффективно использовали имеющиеся ресурсы», – сказал директор по развитию рынков в Восточной Европе компании Wärtsilä Energy Игорь Петрик.

Диалог уже начался. По итогам дискуссии с украинскими коллегами, представителикомпании решили скорректировать ряд ключевых показателей в предложенных сценариях.

Конечно, спрогнозировать с высокой долей вероятности, что будет с энергетикой к 2050 году, невозможно. Однако долгосрочное высокоточное моделирование энергосистемы позволяет четче понять тенденции и перспективы мирового энергетического мейнстрима, а также математически рассчитать наиболее оптимальные варианты развития в кратко- и среднесрочном периодах. Mind изучил предложенные финскими аналитиками варианты и поясняет суть ключевых моментов каждого из них.

Как проводится моделирование?

Wärtsilä разрабатывает математическую модель ОЭС Украины на основе программного комплекса PLEXOS. Этот инструмент позволяет спланировать наиболее оптимальное и дешевое развитие энергосистемы с учетом заданных критериев. Например, достижение минимальной цены киловатт-часа в системе, либо переход к 100%-ной возобновляемой энергетике, либо реализация каких-либо других стратегических решений.

В качестве входных данных для анализа в программу закладывается информация о видах топлива, прогнозном спросе, потребности в резервах, параметрах электростанций, диспетчерских ограничениях. Также учитываются потенциальные технологии для возможного сооружения новых объектов.

Программа получает сведения об имеющихся и желаемых показателях – и выдает «цену вопроса» и алгоритм достижения поставленной задачи. В частности, итоговую информацию о чистой дисконтированной стоимости системы, стоимости электроэнергии за весь жизненный цикл, потребности в новых и резервных мощностях, объемах выбросов и потребления топлива, уровне надежности энергосистемы, графиках почасовой диспетчеризации, а также показателях капитальных, переменных и условно постоянных затрат.

Таким образом, на основании анализа экономических и технических параметров всех существующих и перспективных технологий, а также выбранных сценариев PLEXOS рассчитывает наиболее оптимальную структуру энергосистемы. Расчет осуществляется на каждые два часа ее работы на протяжении 30-летнего горизонта планирования.

В чем проявились «национальные особенности» украинской энергосистемы?

Естественно, достоверность прогноза будет тем выше, чем более точные и совершенные параметры заложены в программу. В этом смысле аналитикам Wärtsilä, в случае с Украиной, еще есть куда расти. В частности, финские разработчики, в ходе презентации первоначального проекта, приняли замечания и пожелания украинских коллег, как повысить достоверность прогнозных данных.

«Если мы что-то еще не учли, это совершенно не означает, что мы против этого. Мы не являемся ангажированными по отношению к любой технологии», – сказал Игорь Петрик.

При этом программа, самостоятельно подбирая среди технологий-кандидатов оптимальный состав оборудования, ни для одного из сценариев не выбрала традиционную негибкую генерацию, в частности атомную. Финские эксперты объясняют это неконкурентоспособностью строительства новых АЭС. Не нашлось места в представленной модели и малым модульным ядерным реакторам, перспективы использования которых в широких промышленных масштабах пока неясны. Несмотря на активное лоббирование ММР со стороны атомщиков, существуют предположения, что малые реакторы вслед за крупными АЭС тоже окажутся неконкурентоспособными, даже несмотря на свою маневренность.

Что касается угольных ТЭС, они проигрывают современным высокоманевренным газопоршневым станциям и в CAPEX, и в эксплуатационных расходах, и, что наиболее важно, в параметрах маневренных режимов работы.

Относительно цены киловатт-часа ВИЭ, то специалисты Wärtsilä закладывали в программу реальную себестоимость новых СЭС и ВЭС на основании аналоговых аукционных цен начиная с 1 января 2020 года. Украинская энергосистема также моделировалась в изолированном режиме работы ввиду отсутствия у финских коллег прогнозных данных экспортно-импортных потоков с общеевропейской энергосистемой. А еще, как заметили украинские эксперты, в модели не мешало бы учесть климатические и географические характеристики Украины.

Сомнительным звеном в модели является также слишком скромный показатель увеличения энергопотребления в Украине на протяжении 30 лет. Расчеты базировались на предполагаемом росте производства электричества к 2050 году с нынешних 140 до более 180 млрд киловатт-часов.

Как выглядит оптимистический «зеленый» сценарий?

По презентации видно, что оба сценария – «Оптимизированной себестоимости» и «100% ВИЭ» – весьма схожи. Второй, предусматривающий углеродно-нейтральную систему к 2050 году, конечно, дороже первого, оптимизированного, но не кардинально.

Общая установленная мощность энергосистемы, в случае перехода к 100%-ной возобновляемой энергетике, должна составить 162 ГВт против 131 ГВт в оптимизированном сценарии, который предусматривает долю ВИЭ на уровне 88%. Затраты энергосистемы, в случае «100% ВИЭ», возрастут на 9%. При этом придется построить дополнительно 17 ГВт солнечных и ветряных станций.

Оба прогнозных сценария имеют фактически идентичную динамику развития. В частности, и та и другая модель предусматривает сооружение 2 ГВт высокоманевренной газовой генерации и 0,7 ГВт батарей мощности уже сейчас. Масштабное сооружение СЭС намечено после 2026 года, когда «солнце» и системы накопления существенно подешевеют.

Активное наращивание «ветра» и пиковых газовых станций должно начаться после 2030 года – в этот период маневренная газовая генерация будет вытеснять угольную наиболее активно. В случае со сценарием «100% ВИЭ» полную декарбонизацию обеспечивает использование синтетических углеродно-нейтральных топлив.

«Энергетический переход становится стратегической целью для многих стран, и в последние два года это является устойчивым трендом. Наша компания была, наверное, первой, официально вписавшей видение перехода к безуглеродным энергосистемам будущего в свою миссию. Сегодня мы убеждаемся, что энергетический переход в Украине возможен уже к 2050 году. Конечно, достижение такой цели имеет свою цену. Однако хорошей новостью является то, что экономическая целесообразность приведет оптимальную энергосистему до уровня 88% в 2050 году», ‒ сказал директор по росту и развитию Wärtsilä Energy Юсси Хейккинен (Jussi Heikkinen).

Как прокомментировал итоговые данные обоих сценариев Игорь Петрик, «вы хотите построить оптимальную модель – получаете возобновляемую».

Согласно наиболее дешевому оптимизированному сценарию, стоимость производства электричества достигнет своих максимальных значений в 2038–2039 годах на уровне 7 центов за 1 киловатт-час. В дальнейшем цена энергии будет планомерно снижаться и достигнет к 2050 году примерно своего сегодняшнего уровня. Но это произойдет в случае заданного в модели минимального роста энергопотребления в Украине.

Как будет на самом деле – не знает никто. Однако есть шанс, что энергетический переход не закончится катастрофой для потребителей.

Почему традиционная энергетика против? 

Далеко не все представители энергетического сообщества в Украине воспримут оптимистические «зеленые» прогнозы Wärtsilä Energy с восторгом. В первую очередь, речь идет о представителях энергомонополий в традиционной энергетике. За каждым видом генерации, будь то атомная или угольная, стоят крупные научно-технологические, производственные и машиностроительные комплексы с многотысячными коллективами, самодостаточной национальной ресурсной базой и огромным потенциалом для развития.

В Украине, как и во всем остальном мире, не утихают споры о том, в каком направлении будет развиваться планета – энергетического микса или полностью возобновляемой энергетики. Условно оппонентов можно разделить на два противоположных лоббистских лагеря – «за» 100%-ный энергетический переход и «против».

В частности, сторонники развития атомной и угольной энергетики в качестве основных контраргументов озвучивают следующие тезисы:

• революционные технологические скачки развития человеческой цивилизации предсказать с высокой точностью на 30 лет вперед невозможно, поэтому заявлять о безальтернативности ВИЭ нескромно;
• существенное влияние на работу ВИЭ могут оказывать непредсказуемые климатические изменения, к примеру, в плане снижения активности ветра;
• экологическое влияние ветропарков или солнечных ферм на экосистему в зонах своего присутствия не изучено;
• отсутствует опыт утилизации солнечных панелей в промышленных масштабах;
• после преодоления 70–80-ной доли ВИЭ в энергобалансе, поведение энергосистемы может оказаться непредсказуемым, и она утратит свою устойчивость;
• достичь 100%-ной возобновляемой энергетики в отдельно взятой стране крайне сложно технически и экономически.

Каковы принципы энергетического перехода?

Тем не менее позиция сторонников традиционной энергетики все чаще оказывается «против течения» в виде общеевропейского движения за полную декарбонизацию и энергетический переход.

В частности, 4 марта Европейская комиссия официально представила проект Европейского закона о климате (European Climate Law). Документ предусматривает достижение странами Евросоюза 100%-ной углеродной нейтральности к 2050 году, а его основные положения были представлены в Европейском «зеленом соглашении» (European Climate Law) в декабре 2019 года. Законопроект содержит юридически обязательные цели по достижению нулевых выбросов парниковых газов к 2050 году.

Что касается возможности перехода Украины полностью на ВИЭ, то такая идея у аналитиков Wärtsilä возникла тоже не случайно. И она вполне соответствует заявленному курсу многочисленных суверенных правительств и корпораций.

Следует отметить, что Финляндия является мировым научно-технологическим лидером в сфере моделирования энергосистем, а также сооружения высокоманевренных газовых электростанций. Еще в 2016 году ученые финского Лаппеенрантского технологического университета (LUT) разработали модель мировой энергосистемы на основе 100% ВИЭ. Модель рассчитывалась на каждый час календарного года на основе оптимального и наиболее дешевого сочетания генерации, систем хранения энергии и электропоставляющей инфраструктуры. Прогнозная цена киловатт-часа в основных регионах мира составила примерно 5,5-7 евроцентов.

Как утверждали тогда исследователи LUT, модель развенчала некоторые мифы об возобновляемой энергетике. В частности, утверждение, что энергосистема со 100%-ной долей ВИЭ и без базовых мощностей в виде АЭС или ТЭС не может работать стабильно и надежно. Таким образом, ученые нанесли удар по одному из наиболее распространенных постулатов представителей традиционной энергетики.

Так или иначе, презентация Wärtsilä Energy 26 февраля в Киеве помогла обозначить ряд ключевых тенденций современной глобальной энергетики, которые нельзя не учитывать при составлении государственных энергостратегий.

1. С формированием конкурентных энергорынков и удешевлением ВИЭ, выбор инвесторов в пользу той или иной технологии все чаще будет обуславливаться исключительно факторами конкурентоспособности. Влияние правительств, в виде создания преференций в пользу тех или иных видов генерации, будет все больше ограничиваться.
2. Мировая энергетическая отрасль вошла в фазу активных технологических изменений, когда незыблемые еще вчера истины превращаются на глазах в устаревшие стереотипы. Если еще несколько лет назад полностью возобновляемая энергетика казалась плодом бурных фантазий экологов, то сегодня подобный сценарий обсуждается профессиональными энергетиками, как вполне вероятный. По этой причине инвесторам следует рассматривать привлекательные направления современного энергосектора исключительно сквозь призму его динамичного развития, и меньше слушать чиновников.
3. Государственная энергетическая политика сегодня должна базироваться на комплексном математическом моделировании, основной целью которого является поиск наиболее дешевых сценариев развития энергосистемы. В основу такого подхода должно быть заложено правило «энергетика для потребителя, а не потребитель для энергетики», что обезопасит экономику от предоставления государственных преференций тем или иным технологиям в силу политических или коррупционных факторов.
4. Все происходящее сегодня в украинской энергетике, в виде зелено-угольного парадокса или финансовых перекосов в неполноценном и усеченном энергорынке, не имеет ничего общего с современной динамикой наиболее развитых мировых энергорынков. И в ходе принятия долгосрочных решений текущую ситуацию в Украине нельзя проецировать на будущее, которое должно базироваться на критериях конкурентных преимуществ и экономически оптимального выбора.

Соответственно, не бывает «хороших» или «плохих» технологий. Есть плохая энергетическая политика, которая неспособна использовать любую технологию эффективно и в соответствии с реалиями сегодняшнего дня.