На грани дисбаланса

ТРЕНДЫ / #7_2019
Фото: TASS

Процессы, разворачивающиеся в Германии и других развитых странах, показывают, какие проблемы могут возникнуть при недостатке базовой генерации. Ненадежное энергообеспечение, веерные отключения, нестабильные цены на электроэнергию — вот неполный их перечень. Энергобаланс должен стоять на двух ногах: быть чистым и надежным. Таким критериям полностью соответствует атомная энергетика, но для того, чтобы она могла выполнять свои функции — поставлять чистую и надежную электроэнергию — ей нужна политическая поддержка.

Германия поставила цель снизить выбросы углекислого газа на 40% к 2030 году и на 80−95% — к 2050 году (точка отсчета — 1990 год). Для того чтобы достигнуть поставленной цели, государство еще с 2000-х годов стало поддерживать развитие возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Они считались главным инструментом для снижения выбросов. В 2000 году был принят закон о ВИЭ (EEG).

В 2019 году Германия радовалась тому, что ВИЭ стали выдавать в энергосеть более 40% общей выработки. Однако итоги 2018 и первого полугодия 2019 годов оказались не столь лучезарными.

В сентябре 2019 года компания-консультант McKinsey выпустила отчет (выходит каждые полгода), где проанализировала успехи Германии в 2018 году по достижению климатических целей. Вывод оказался неутешительным: Германия не достигает большинства поставленных целей, в том числе по снижению выбросов.

По наблюдениям McKinsey, из 14 целевых показателей, которые учитывались при анализе, только шесть демонстрировали стабильность или позитивную динамику начиная с 2012 года. К ним относится, например, доля валового потребления электроэнергии из ВИЭ. Она уже достигла 37,8% при целевых 35% в 2020 году. Число рабочих мест в сегменте ВИЭ остается стабильным и составляет около 338 тыс. человек. Цены на электроэнергию для промышленных потребителей также снизились с 2014 года и были только на 6,2% выше средних по Европе (изначально — на 14,2%). Однако в отчете отмечается, что при объеме выбросов 866 млн тонн выбросы CO2 в 2018 году по-прежнему были на 116 млн тонн выше целевого показателя, несмотря на сокращение на 4,5% в предыдущем году. Для сравнения: снижение выбросов отдельно по сегменту электроэнергии составило 15%. Таким образом, увеличение доли ВИЭ в электроэнергетике с 23,5% в 2012 году до 37,5% в 2018 году привело к сокращению выбросов углекислого газа лишь на 7%.

Динамика за последние годы не дает оснований предположить, что ситуация резко улучшится.

Выводы отчета показывают: добиться снижения выбросов углекислого газа только за счет расширения использования ВИЭ в сегменте электроэнергетики невозможно. Необходимы меры в других сферах: транспорте и теплоснабжении. Убедиться в этом можно, сравнив графики ВВП, выбросов и энергопотребления, на которых отчетливо видна корреляция между ростом ВВП и потребления всех видов энергии, в том числе электрической.
Экономический рост, энергопотребление и выбросы парниковых газов в 1990—2017 гг..
Однако инициировать изменения в сегменте транспорта оказалось чрезвычайно трудно. Пакет мер, утвержденный правительством Германии и предполагающий увеличение тарифов для транспортного топлива и отопления, был раскритикован как недостаточно стимулирующий.

Приняты следующие решения: до 2022 года будут остановлены оставшиеся семь АЭС, полная генерирующая мощность ­которых — чуть более 10 ГВт (данные PRIS на 17 октября 2019 года). До 2030 года из энергосистемы будут ­изъяты 29 ГВт угольной генерации, а к 2038 году — остав­шиеся 17 ГВт.
Энергобаланс едва балансирует
В отчете есть и другой вывод, гораздо более важный: «Стабильность поставок окажется под угрозой в среднесрочной перспективе — после решения о поэтапном отказе от атомных и угольных станций, если отключенные мощности своевременно не будут заменены, а расширение сетей не ускорится».

По мнению аналитиков McKinsey, без компенсационных мер стабильность поставок электроэнергии в Германии окажется под угрозой. «Согласно модельным расчетам, к 2030 году потребуется дополнительная мощность в 17 ГВт, чтобы компенсировать вывод из эксплуатации, колебания ВИЭ и смягчить пиковые нагрузки. В противном случае первые узкие места могут возникнуть уже в середине будущего десятилетия, и ситуация может ухудшиться к 2030 году», — отмечается в исследовании.

Действия правительства вызывают беспокойство не только у McKinsey, потому что, возможно, объекты «традиционной» генерации отключат от сети еще раньше. Профессор Бранденбургского университета технологий Гаральд Шварц проанализировал отчет группы экспертов, которую часто называют Угольной комиссией, сформированной федеральным правительством весной 2018 года. Отчет был передан в правительство в январе 2019 года. Одно из его положений подразумевает отключение к 2022 году не только атомных, но и угольных станций (12,5 ГВт). «К сожалению, Угольная комиссия не проанализировала необходимые технические параметры, чтобы удостовериться в безопасности поставок электроэнергии на базе внутренних ресурсов Германии», — отмечает он в своей публикации «Will Germany move into situation with unsecured power supply?» в Frontiers in Energy (вышла в сентябре 2019 года). Безопасности поставок, по его утверждению, в докладе уделены 10 страниц из 366. В качестве постулатов выдвинуто три тезиса: во‑первых, безопасность поставок важна для Германии; во‑вторых, ранее каждая европейская страна обеспечивала себя поставками электроэнергии; в‑третьих, новое понимание обеспеченных поставок министерством экономики Германии заключается в «прогнозируемых потерях нагрузки» (Loss of Load Expectation), и оно может стать долгосрочной концепцией. «Данная модель учитывает не только параметры пиковой нагрузки и гарантированную мощность в стране, но и свободные генерирующие мощности в соседних странах, которые будут, возможно, продаваться на энергетическом рынке», — отметил профессор. Г. Шварц сокрушается, что Угольная комиссия не ответила на вопрос: действительно ли Германия сможет получать недостающую ей электроэнергию в зимний пик потребления (с ноября по февраль) в условиях, когда другие страны Европы тоже будут находиться на пике потребления?

Также профессор Г. Шварц удивляется планам Германии увеличить долю ВИЭ до 65%. По его словам, вопрос о том, как поднять долю ВИЭ до заявленных параметров и при этом сохранить устойчивость энергосистемы, не был выдвинут на общественное обсуждение. «Объемы генерации должны буквально поминутно следовать за объемом спроса из-за отсутствия крупных хранилищ энергии в системе электроснабжения, а также недостаточной емкости сети для поглощения энергии от возобновляемых источников в моменты перепроизводства, но этот факт начисто игнорируется как в общественных дискуссиях, так и в материалах упоминавшейся выше Угольной комиссии правительства», — ­посетовал он.

Ключевая проблема в том, что «установленная мощность» и «гарантированные поставки» — это совершенно разные показатели. Если новый план по доведению доли ВИЭ до 65% будет принят, выбывающие «традиционные» мощности могут быть с избытком замещены по параметру «установленная мощность». Благо потребление электроэнергии в Германии стабильно и незначительно растет лишь за счет сегмента торговли и услуг. Такая ситуация типична для развитых стран, например, для США.
Чистое потребление электроэнергии по группам потребителей в 2000—2017 гг., ТВт·ч
Проблема в другом: по данным профессора Г. Шварца, у ВИЭ крайне низкий процент гарантированных поставок электроэнергии. Например, у солнечных электростанций он нулевой. Для сравнения: у АЭС он наивысший среди «традиционных» видов генерации — 93%. Иначе говоря, можно построить 10 солнечных станций, но в зимний вечер ни одна из них не сможет дать электроэнергию для круглосуточного промышленного производства, электромобилей и электрических тепловых ­насосов.

Подобные случаи в других странах уже были, и они больно ударили как по потребителям, так и по энергокомпаниям. Первый случай — внезапное падение мощности на газовой и ветровой станциях в Великобритании в августе нынешнего года. Тогда без электроснабжения оказались около миллиона человек. «Компания-оператор сети, действия которой уже расследует регулятор энергетического рынка, подверглась критике со стороны представителей отрасли за то, что не приняла меры, необходимые для предотвращения отключений электроэнергии» — отмечает The Guardian.

Второй — внезапное падение мощности в Техасе. «В результате вывода из эксплуатации угольных электростанций и слабого ветра в регионе на фоне жаркой погоды Техас оказался на грани массовых отключений электроэнергии. Цены на нее достигали $ 9000 за мегаватт-час вместо обычных $ 15», — отмечает Bloomberg.

Случаи на грани отключения системы были и в самой Германии. «Технические специалисты с ужасом говорят: „Что мы будем делать, когда в 2022 году остановят последние семь блоков?“ Сейчас они еще поддерживают renewables, но в сети уже творится кошмар», — поделился впечатлениями с корреспондентом Rosatom Newsletter руководитель департамента атомной энергетики МАГАТЭ Михаил Чудаков.
Цена без АЭС
Разбалансированность энергосистемы может спровоцировать скачки цен на электроэнергию. «Поскольку последняя атомная электростанция в Германии должна быть закрыта в 2022 году, мы ожидаем самого высокого ценового колебания в этом году», — говорит партнер фирмы по стратегическому консультированию Oliver Wyman Йорг Стеглих. Цены, по прогнозу, могут вырасти с € 40 до € 65 за 1 МВт∙ч. Университет Эрлангена-Нюрнберга (FAU) дает еще более пессимистичный прогноз: оптовая цена на электроэнергию может вырасти к 2023 году до € 136 за 1 МВт∙ч (13,6 цента за кВт∙ч).

Пока непонятно, с помощью каких технологий Германия будет решать проблему безопасного энергоснабжения и снижения выбросов. В публикациях встречаются такие варианты, как рост газовой генерации (но газовые станции выбрасывают углекислый газ), рост солнечной генерации и создание водородных накопителей (но в других публикациях отмечается, что проекты с водородными накопителями отложены). McKinsey предположила, что для страны доступны три опции. Первая — договариваться с соседями об импорте. Вторая — рассчитывать на собственные силы, но этот путь потребует существенных инвестиций, поскольку новые ВИЭ будут строиться на менее привлекательных (экономически невыгодных) площадках. «Следует отметить, что продление срока службы атомных электростанций в Германии (без строительства новых) снизит общие расходы системы, но это не решит проблему в долгосрочной перспективе, поскольку все действующие АЭС Германии будут выведены из эксплуатации к 2050 году», — говорится в исследовании. В 2050-м — потому что даже в случае отмены решения закрыть все германские АЭС до 2022 года и продления срока их службы до 60 лет самая новая АЭС («Некарвестхайм‑2») должна будет выйти из эксплуатации в 2050 году, поясняют аналитики.

Третий вариант — гибрид первых двух.
Политическое волеизъявление
Пример Германии, где электроэнергетика пока еще справляется с высокой долей ВИЭ, равно как и примеры других стран, где сбои уже случились, показывают, что энергосистему лучше не доводить до состояния острой несбалансированности, чтобы не приходилось решать проблемы экстренно. ВИЭ — это зарекомендовавшее себя средство для снижения выбросов углекислого газа, но у них есть границы, которые задаются, прежде всего, возможностью эффективно решать поставленные задачи. Электроэнергетика на ВИЭ сама по себе не решает задачи выбросов, например, в транспорте. Кроме того, поставки электроэнергии из ВИЭ все еще нестабильны, поэтому необходимо поддерживать баланс с помощью электростанций, способных гарантировать выдачу мощности. И наиболее эффективны здесь АЭС.

Практика показывает, что решения в сфере энергетики — политические. Остановить все АЭС в Германии к 2022 году было политическим решением. Внести в счета потребителей доплату за электроэнергию из возобновляемых источников — тоже. Эти решения меняют структуру целых отраслей и областей знаний в масштабах государств. Сейчас одна из проблем в Германии — нарастающий дефицит специалистов, которые могли бы грамотно обслуживать уже вышедшие из эксплуатации АЭС.

В США за каждую станцию идет борьба не на жизнь, а на смерть. Наиболее свежий пример — решение штата Огайо поддержать работу атомных станций. «В конце июля 2019 года Огайо стал пятым штатом в США, принявшим законодательные акты о поддержке и выделении субсидий для атомных электростанций, расположенных на территории штата. После 2017 года похожие программы для некоторых АЭС были приняты в штатах Коннектикут, Иллинойс, Нью-Джерси и Нью-Йорк», — говорилось в сообщении US Energy Information в начале октября 2019 года. Станции, принадлежащие FirstEnergy Solution, были на грани банкротства (компания обратилась за защитой в марте 2018 года). Только новый губернатор Огайо смог спасти их, подписав соглашение о поддержке.

Такие ситуации — крайние случаи. Гораздо важнее для атомной энергетики признание на высшем государственном уровне ее возможности производить безуглеродную электроэнергию и обеспечивать стабильные поставки. Способы поддержки найдутся. «Вопрос развития атомной энергетики точно не сводится к банальной развилке: „государство дает деньги“ или „государство денег не дает“. Важно, чтобы была создана среда, благоприятная для развития атомных технологий. А каким способом поддерживать строительство АЭС, каждая страна решает сама. В Турции, например, на проекте АЭС „Аккую“ Росатом заключил соглашение с государством о гарантированном выкупе определенного объема электроэнергии по фиксированным ценам. Где-то это межправительственное соглашение между двумя странами, которое защищает проект. Вариантов много, но участие государства обязательно», — отметил в интервью Rosatom Newsletter первый заместитель гендиректора Росатома Кирилл Комаров.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ #7_2019