Плюсы и минусы развития малой гидроэнергетики: российская действительность и китайский опыт

Полный текст

Введение Гидроэнергетика исторически является одним из основных способов получения энергии во многих странах мира, в том числе и в России. Индустриализация в 30-х гг. XX в. потребовала резкого увеличения выработки энергии, что привело к массовому строительству гидроэлектростанций (ГЭС) разных размеров и формированию единой энергетической системы страны. В 1960-е гг. малые ГЭС (МГЭС) были признаны малоэффективными и дальнейшее развитие гидроэнергетики основывалось исключительно на строительстве крупных платин. Такой подход позволял увеличить эффективность генерации энергии, но создавал серьезные экологические и социальные проблемы, связанные с затоплением больших территорий и переселением людей. Кроме того, подключение удаленных потребителей к единой энергосети приводило к большим потерям при передаче. Опыт Китая и ряда других стран показывает, что решение данной проблемы достигается разумным сочетанием малых и крупных ГЭС (Jiang, Zeng, Cao, 2015). Восстановление малой энергетики РФ происходит с 2013 г. на основе госпрограммы развития возобновляемых источников энергии, однако темпы ввода новых мощностей МГЭС фактически не соответствуют поставленным целям и существенно отстают от развития других возобновляемых источников. Это позволяет предположить наличие ряда проблем, которые делают госпрограмму поддержки неэффективной и снижают интерес инвесторов к проектам МГЭС. В России нет стратегического понимания использования МГЭС в энергосистеме страны, также отсутствует инфраструктура подключения к общим сетям, реверсной продажи энергии и избытков частными лицами в общую энергосеть, нет тесной координации развития региональной энергетики с промышленностью, крайне слаба локализация производства технологического оборудования. Кроме того, существует конфликт интересов с существующими региональными поставщиками электроэнергии. Непродуманная приватизация генерирующих мощностей с 1991 г. значительно снизила возможности административного регулирования рынка энергии в России (Фортов, Попель, 2013). Рост интереса к МГЭС также обусловлен их экологической привлекательностью: - гидротехнические сооружения МГЭС не подтопляют леса и сельско-хозяйственные угодья, не приводят к сносу и переносу населенных пунктов; - МГЭС позволяют сохранять ландшафт и окружающую среду в про-цессе строительства и на этапе эксплуатации; - вода, проходящая через малую гидротурбину, сохраняет свои перво-начальные природные свойства[39]. Также анализ показывает принципиальную возможность генерации энергии на МГЭС с себестоимостью, сопоставимой с традиционными источниками энергии. Для этого требуется освоение серийного производства оборудования, наличие четкого перспективного плана строительства станций, обеспечение гарантий по подключению и продажи энергии в единую сеть, замена разрешительного принципа утверждения проектов на перечень достаточных условий. Это сделает строительство МГЭС привлекательным для большого числа инвесторов. Существующая система, основанная на федеральной поддержке проектов через конкурсный отбор, не способна сделать строительство МГЭС массовым. Обзор литературы Заявленная тематика работы активно освещается в китайском научном сообществе как перспективное направление развития гидроэнергетических секторов стран мира. Китай как страна, обладающая сформированной технологической базой и опытом конструирования малых гидроэнергосистем, создает предложение на мировом рынке возобновляемых источников энергии (ВИЭ) и предлагает применить полученный опыт в различных экономических и природно-географических условиях. В одной из научных работ освещается тема баланса всех ВИЭ: «Оптимальное сочетание солнечной, ветровой, микрогидрои дизельной систем на основе реальных сезонных профилей нагрузки для курортного острова в Южно-Китайском море»[40]. После успешного внедрения МГЭС в китайскую экономику китайское научное сообщество озаботилось проблемой социального восприятия и разработки новых методов внедрения малых гидроэлектростанций в сельской местности, где при производстве энергии преобладали традиционные виды сырья. Так, в публикации «Оценка социальной устойчивости малых гидроэлектростанций методом hesitant PROMETHEE» (Wu, Wang, Chena, 2017) представлен один из методов повышения эффективности внедрения МГЭС на примере нескольких районов Китая. В Европе данная проблема также нашла отклик в научном сообществе еще в 90-х гг. XX в., и с развитием интереса к теме экологичной энергетики объем исследований увеличивался. Джеральд Фоли еще в 1993 г. описал возможности развития малой гидроэнергетики в работе «Возобновляемые источники энергии в рамках помощи развитию стран третьего мира, доступа к электроэнергии и развития сельских районов: обзор сложной социально-экономической динамики и причинно-следственных диаграмм для более точного моделирования процессов в энергетике»[41]. Отдельно стоит упомянуть научную публикацию «Оптимальное управление зеленой энергией для островных курортов Малайзии», в которой дается описание процесса организации «зеленой экономики» и развития малой энергетики практически с нулевых показателей и до перспектив основообразующей энергетической отрасли Малайзии[42]. В российском научном сообществе акцент от МГЭС переходит в сторону выбора альтернативных источников энергии (ветер и солнце) (Гомонов и др., 2019). Несмотря на возможности использования гидроэнергии, предпочтение отдается другим методам и решениям. Методы и подходы В рамках настоящего исследования был проведен анализ российской и зарубежной статистики, а также многочисленных публикаций на тему развития МГЭС. Изучены особенности успешной реализации проектов малой гидроэнергетики Китая, проведен сопоставительный анализ российского и китайского опыта конструирования, применения и распространения МГЭС, который позволил выявить в малой гидроэнергетике России системные ошибки планирования, отсутствие нормативной базы для проектирования и создания оборудования и научно-технические проблемы. Одним из основных методов оценки развития малой гидроэнергетики был выбран индикативный метод. Также в ходе написания научной работы использовались системный подход, статистический и сравнительный методы. Совокупность указанных методов, а также нормативный анализ и прогноз позволяют анализировать возможные противоречия и устанавливать соотношения в экономических процессах. Результаты Доля возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в общем мировом объеме производства электроэнергии на сегодняшний день превысила 12 % и ежегодно увеличивается. Наличие экологических угроз и социально-экономических предпосылок развития возобновляемых источников побудило правительство РФ декларировать необходимость увеличения доли ВИЭ и разработать меры поддержки. Были установлены целевые показатели развития ВИЭ до 2024 г. в программе развития Министерства энергетики России и до 2035 г. в стратегии развития ТЭК РФ[43] (Chernyaev et al., 2019). В частности, мощность МГЭС запланировано увеличить на 340 МВт (для сравнения рост ветровой и солнечной энергетики - 3277 МВт и 1759 МВт соответственно). Предусмотрено развитие торговли ВИЭ на оптовом рынке: сетевые компании теперь обязаны закупать энергию из альтернативных источников в размере не менее 5 % от электрических потерь в сетях, а малые электростанции имеют право на компенсацию расходов за подключение к единой энергосети. Государство ежегодно проводит конкурсный отбор проектов ВИЭ для финансирования. Сегодня развитие распределенной генерации определено в качестве ключевой стратегической задачи развития экономики РФ. Среди возобновляемых источников гидроэнергетика имеет самое большое значение. Ее совокупный вклад превышает 60 %, при этом 54 % обеспечивают крупные ГЭС и 7 % - малые ГЭС. Считается, что потенциал малой мировой гидроэнергетики использован всего на 36-40 %[44]. Природные условия России традиционно способствовали развитию гидроэнергетики, и сегодня в стране работают 185 крупных ГЭС, которые производят 20,6 % всей энергии. Общий гидропотенциал России находится на втором месте в мире после Китая. Гидроэнергетика РФ имеет несколько путей развития. По первому варианту наращивание мощностей будет происходить традиционным путем - за счет строительства крупных ГЭС. Недостаток заключается в том, что большая часть российских гидроресурсов находится в труднодоступных районах Восточной Сибири и на Дальнем Востоке, а основная промышленность и население сосредоточены в европейской части страны. Строительство новых крупных мощностей в Сибири оправдано только при одновременном развитии регионального производства. Например, сегодня крупнейшие сибирские ГЭС (Саяно-Шушенская, Братская, Усть-Илимская, Красноярская) обеспечивают производство алюминия на заводах «Русала». Передача электроэнергии с этих электростанций в Центральный регион сопряжена с объемными энергопотерями. Из-за больших расстояний в России сетевая составляющая стоимости электроэнергии достигает 45-50 %, то есть сопоставима со стоимостью генерации энергии (Гречухина, Кудрявцева, Яковлева, 2016). Сегодня в РФ действуют по разным подсчетам от 100 до 300 МГЭС с совокупной мощностью не более 600 МВт. Для сравнения: в Китае действуют более 47 000 установок, которые вырабатывают более 25 % всей гидроэнергии, а также используется значительно больше видов МГЭС, что расширяет их географическое распространение и внедрение. Китайские компании также активно внедряют новшества и патенты из других стран[45]. Рисунок. Производство электрической энергии на МГЭС СССР до 1991 года в млн кВт·ч [Figure. Production of electric energy at the SHPP of the USSR until 1991 in million kWh] Источник: составлено автором по данным Государственной информационной системы в обла% сти энергосбережения и повышения энергетической эффективности[46]. Касательно российского опыта конструкции МГЭС важно отметить, что еще во второй половине ХХ в. приоритет был отдан крупным проектам. Пиковым значением генерации можно считать 1960-е гг., когда данные технологии использовали больше как временное решение для энергоснабжения территорий СССР (см. рисунок). Капитальные затраты на строительство МГЭС сегодня существенно превышают показатели других возобновляемых источников, но эксплуатационные затраты у них меньше. Об этом свидетельствуют установленные лимиты по затратам, которые используются при конкурсном отборе проектов для госфинансирования (табл. 1). Таблица 1 Лимиты капитальных и эксплуатационных затрат по технологиям [Table 1. Technology capital and operating limits] ВИЭ Капитальные затраты, 2014-2024 гг., тыс. руб/кВт Удельные эксплуатационные затраты, тыс. руб/МВт в мес. Солнечная энергия 116,5-103,2 170,0 Ветровая энергия 116,5-103,1 118,0 Малая гидроэлектростанция 146,0 100,0 Источник: составлено автором по данным, представленным в исследовании В.А. Ясинского (Ясин% ский, 2011). Основными проблемами развития малой гидроэнергетики России являются: - отсутствие стратегии развития; - отсутствие нормативной базы для проектирования и создания обору-дования; - научно-технические проблемы. Несмотря на то что в России разработана и функционирует «Энергетическая стратегия до 2035 года», возобновляемые источники энергии занимают лишь 15 % от общего объема технологических мер и инициатив. Малая гидроэнергетика упоминается как одно из перспективных направлений развития, но отработанного механизма стимулирования ее развития на данный момент не существует. Также нет проработанной нормативно-правовой базы, в рамках которой частные хозяйства могли бы генерировать энергию на МГЭС и реализовывать избытки в общую сеть (Serhat, 2014). Отдельно стоит выделить научно-технические проблемы и проблемы развития технологий малой гидроэнергетики (табл. 2). Сопоставляя эффективность малой энергетики с крупной, можно сказать, что с увеличением общности удельные инвестиционные затраты существенно снижаются. Так, удельные инвестиции в расчете на кВт в ГЭС мощностью более 10 МВт на 20 % ниже, чем в МГЭС (до 1 МВт). Во многом подобные расчеты послужили основанием для сворачивания строительства МГЭС в 1960-е гг. Однако такие расчеты нельзя считать до конца объективными. Все крупные ГЭС были построены в советский период и приватизированы в 1990-е гг. Их новые владельцы не платят аренду за плодородные земли, залитые водохранилищами, они не выплачивали компенсации населению за переезд на новые территории. Все эти затраты были бы неизбежны при рыночной экономике в демократическом обществе, и они должны существенно увеличить себестоимость энергии крупных ГЭС. Таблица 2 Научно+технические проблемы развития малой гидроэнергетики России [Table 2. Scientific and technical problems of the development of small hydropower in Russia] Создание оборудования Проектирование Оценка ресурсов ● надежность, простота изготов%ления и обслуживания; ● обеспечение возможности ра%боты в автономном режиме и/или параллельно с энергосистемой; ● соответствие вырабатываемо% го электрического тока требова% ниям ГОСТов по частоте и напря% жению; ● уровень автоматизации, обеспе%чивающий автономную эксплуа% тацию; ● экологическая безопасность при%нятых решений ● обеспечение работы «по во% дотоку»; ● использование каскадных схем на притоках; ● использование местных стро%ительных материалов; ● использование новых техно%логических схем; ● выбор створов с близкими ха%рактеристиками; ● унификация технических ре% шений ● выявление региональных тех% нических ресурсов; ● особенности водоэнергетиче% ских расчетов; ● учет боковой проточности Источник: составлено автором по данным, представленным в тексте Постановления Прави% тельства РФ[47]. Также высокие удельные затраты МГЭС связаны со стоимостью оборудования, которая составляет около 60 % всех затрат. Серийное производство такого оборудования в России давно прекращено, и сегодня оно выпускается только единичными экземплярами. Выделяются два варианта эффективного использования МГЭС в России. Первый предполагает их подключение к единой энергосистеме, второй предусматривает автономное использование. Оба варианта имеют свои существенные преимущества и недостатки. Поскольку все генерирующие мощности рассчитывают на определенную оптимальную нагрузку, то неизбежные отклонения снижают КПД оборудования и ведут к повышенному износу. Если энергосистема централизована, то регион может отдавать избыток энергии или дополучать недостающие мощности. Потребление энергии в локальном регионе всегда имеет очень сильные колебания, а значит, автономная система без дополнительных средств аккумулирования энергии, возможности оперативного отключения части турбоагрегатов или иных средств обеспечения маневренности будет работать неэффективно. Энергоснабжение группой независимых электростанций всегда будет иметь меньшую надежность, чем объединенная система (Wang, Tseng, Zheng, 2015). С другой стороны, подключение к единой системе имеет свои проблемы технического и организационно-экономического характера. Схема подключения МГЭС к сети определяется существующей электросетевой инфраструктурой в районе. Если предполагается подключение к единой сети, то ГЭС должна гарантированно обеспечивать показатели такой сети по напряжению и частоте. Например, для подключения к магистральной ЛЭП напряжением 110 кВ МГЭС должна иметь мощность не менее 25-50 МВт и находится на удалении не более 150 км. Отсутствие водохранилища на МГЭС приводит к колебаниям напора воды, а следовательно, к изменению напряжения и частоты тока. Для поддержания выходных параметров требуется использование выпрямителя и инвертора напряжения, что увеличивает стоимость энергии. МГЭС часто вообще невозможно подключить к единой энергосистеме. Поэтому МГЭС имеют узкий сектор использования - питание насосных станций, вентиляционных, отопительных систем и других объектов со стабильным энергопотреблением[48]. Альтернативным решением может быть развитие региональной передающей сети на постоянном токе, подключение к которой разнообразных источников значительно проще. Однако это требует системного планирования малой энергетики на региональном уровне и инфраструктурных инвестиций. Сегодня такие проекты не рассматриваются. Наряду со стоимостью и проблемами подключения существуют многочисленные административные барьеры. Строительство МГЭС осуществляется в соответствии с законом об использовании водных ресурсов, и для получения разрешения на строительство требуется долгая бюрократическая процедура согласования с местными чиновниками. В России отсутствуют формализованный механизм отбора проектов и система заключения долгосрочных договоров по результатам отбора. Иначе говоря, инвестор не имеет гарантий реализации энергии на оптовом рынке. Согласно Федеральному закону «Об энергетике» условия перераспределения мощностей в сети и все тарифы на энергию устанавливает региональный поставщик, а он не заинтересован в конкуренции и может выдвигать невыгодные условия по закупке. Чтобы стать участником розничного рынка, проект также должен пройти конкурсный отбор и затем быть включен в схему и программу территориального развития электроэнергетики. Конкурсная процедура является закрытой и не гарантирует инвестору результата. Очевидно, что здесь требуется ведение технологически нейтрального отбора проектов ВИЭ по критерию минимизации удельной стоимости производства электрической энергии (Ясинский, 2011). Сейчас в России строительство МГЭС разворачивается преимущественно на Северном Кавказе, где для этого имеются наиболее благоприятные природные условия. Все проекты по созданию сети МГЭС в этом регионе реализует «РусГидро». В 2014 г. в ходе визита президента РФ Владимира Путина в Шанхай между «РусГидро» и «PowerChina» было подписано соглашение по сотрудничеству в области малой энергетики[49]. Российское Правительство не зря для понимания перспектив малой энергетики обратилось к опыту Китая, где с начала 2000-х гг. происходит бурный рост малой гидроэнергетики. Важным элементом китайской энергетической политики является заинтересованность местных властей в развитии генерирующих мощностей. Деятельность МГЭС облагается местным налогом. Инвесторы строят ГЭС, а район получает налоговые поступления на много лет вперед. Администрация становится заинтересованной в максимальной эффективности всех процессов согласования. С другой стороны, наличие местной дешевой электроэнергии и сетевой инфраструктуры привлекает инвесторов для промышленного освоения региона. Таким образом, местная энергосистема строится в корреляции с промышленной политикой региона. Сходные принципы стимулирования малой энергетики в ближайшей перспективе будут реализованы в России, а значит, можно ожидать развитие малой гидроэнергетики по китайскому сценарию[50]. Таблица 3 Схемы финансирования малой гидроэнергетики в некоторых странах ЕС [Table 3. Small hydropower financing schemes in EU countries] Страна Схема финансирования Собственность Австрия Корпоративные финансы Малые и большие электросети Германия Частные финансы Частная Долевые финансы Общества с ограниченной ответственностью Муниципалитеты Испания Сторонние финансы Через правительственные организации Италия Корпоративные финансы Частные инвесторы Сторонние финансы Местные электросети Нидерланды Частные финансы Частная Корпоративные финансы Электросети Швеция Частные финансы Партнерства Корпоративные финансы Частная (фермеры) Корпорации Китай Государственные финансы Инвестиции от региональных властей Частные финансы Частная Корпоративные финансы Партнерства и корпорации Россия Частные финансы Частные инвесторы Корпоративные финансы Корпорации Источник: составлено автором по данным, представленным в тексте Постановления Прави% тельства РФ[51], а также по данным исследования М. Орахелашвили[52]. Развитие российской малой гидроэнергетики зависит от множества факторов экономического, политического, нормативного и социального характера. До принятия государственной программы развития малой энергетики, которую начали обсуждать в 2018 г., все прогнозы развития будут субъективными. Естественно, что в условиях неопределенности ожидать роста инвестиций в МГЭС и производство оборудования не приходится. Встает актуальный вопрос о целесообразности применения опыта других стран в России. Обратившись к табл. 3, можно отметить, что в большинстве стран, где активно развиваются МГЭС, преобладающая доля финансирования происходит из коммерческого сектора. В России же для подобного опыта необходим пересмотр нормативно-правовой базы[53]. Тем не менее для снижения барьеров развития МГЭС в России возможно наладить совместный выпуск оборудования с китайской стороной, так как на настоящий момент производство оборудования для установки коммерческих МГЭС в Китае возросло в 18,5 раз по сравнению с 2009 г. и наблюдается явный избыток предложения, что положительно скажется на ценах приобретения оборудования российской стороной. Фактически оборудование для установки домашних или малых коммерческих ГЭС можно приобрести в России через интернет-источники или официальные представительства компаний. Благодаря такой доступности технологий, цены на установку и оборудование МГЭС существенно снизились. Рассчитав стоимость оборудования по цене выработки 1 кВт можно определить уровень цен на 2019 г. в 300-800 долл. США, тогда как в восточноевропейских странах данный показатель достигает уровня 1200-2000 долл. США за 1 кВт энергии. Сроки окупаемости также отличаются. В России данная цифра составляет 5-7 лет, тогда как в восточноевропейских странах достигает 8-10 лет. Подобное ценовое преимущество в России может сохраняться лишь непродолжительное время, так как цены на рынке зависят от китайских производителей, которые в скором времени могут значительно снизить производство оборудования для МГЭС. В последние годы в Китае прослеживается тенденция замены МГЭС на альтернативные источники энергии - ветряную и солнечную. По прогнозам, максимальный технически достижимый объем энергии ветра на континенте составляет 1000 ГВт, в прибрежной зоне - 300 ГВт в год, что свидетельствует об отсутствии серьезных ресурсных ограничений для развития ветровой энергетики в Китае. Однако, несмотря на субсидирование государством ветровой энергетики, в последние годы наблюдается тенденция сокращения годового прироста устанавливаемых мощностей всех АИЭ - в основном из-за отсутствия согласованности с сетевыми компаниями, которые в соответствии с законом обязаны не только покупать определенный объем ветровой энергии, но также строить линии электропередач для обеспечения конечного потребителя этой энергией[54]. Также после принятия в КНР в 2005 г. закона о возобновляемых источниках энергии начался стремительный рост строительства солнечных энергостанций, и уже в 2012 г. по производству солнечной энергии Китай стал второй после ФРГ страной по общей установленной мощности фотоэлектрических панелей, а в 2020 г. с высокой вероятностью обгонит своего конкурента (по XII пятилетнему плану должно быть смонтировано солнечных панелей общей установленной мощности до 15 ГВт, а по перспективным планам к 2050 г. - до 50 ГВт) (Hennig, Harlan, 2018). Сектор российской малой гидроэнергетики очень мал, локализованного производства оборудования нет. Даже при разворачивании серийного производства и выполнении всех условий привлечения инвестиций развитие данного энергетического сегмента затянется на годы. Можно предположить, что у России есть возможность вовсе пропустить этап развития малой гидроэнергетики и сразу сконцентрировать усилия на более перспективных технологиях. Об этом свидетельствуют мировые тенденции ввода в эксплуатацию альтернативных источников энергии с явным приоритетом солнечной энергетики. По солнечной энергетике уже достигнуты все целевые показатели госпрограммы. Возможно, в России следует пересмотреть концепцию развития альтернативных источников в пользу солнечной энергетики, если вопрос с развитием МГЭС не будет решен в ближайшие 3-5 лет (Zhang, Andrews-Speed, Ji, 2014). Заключение Представленная работа рассматривает вопросы стратегического развития российской малой гидроэнергетики с использованием опыта Китая и ряда европейских стран. Реальная ситуация со строительством МГЭС в России существенно отличается от мирового опыта и даже от утвержденных российских планов развития альтернативных источников энергии. Отсутствие системного представления о роли малой энергетики в экономике России делает противоречивыми сценарии дальнейшего развития. С одной стороны, международные экологические требования вынуждают Россию развивать альтернативную энергетику, с другой - экологический аспект вступает в противоречие с экономикой отрасли. Стоит отметить, что потенциал развития малой гидроэнергетики в РФ значителен, так как по состоянию на 2019 г. в России зарегистрировано 2,5 млн малых рек, вблизи которых проживает 44 % городского населения и более 90 % сельского населения. В условиях неразвитости экологического мышления малая гидроэнергетика рассматривается главным образом с экономической точки зрения и проигрывает другим технологиям генерации. Таким образом, перспективы развития всех альтернативных технологий в РФ требуют политической воли со стороны руководства и широкого использования мер принуждения. Реформирование энергетики России под влиянием частных инвестиционных инициатив или общественных объединений представляется невозможным.

Об авторах

Максим Васильевич Черняев

Автор, ответственный за переписку.
Email: m.chernyaev@mail.ru

кандидат экономических наук, PhD, доцент, независимый эксперт по странам СНГ и России NRA International GmbH (Австрия, Вена), советник по вопросам внешнеэкономической деятельности нефтесервисной компании Novas Energy Services, вице-президент по международному сотрудничеству и молодежной политике Международной академии технологических наук (МАТН).

Список литературы