Стимулирование рынка хранения и эффективного использования возобновляемой энергии
Александр Олегович Бучнев, кандидат экономических наук, экономист
Публичное акционерное общество «Транснефть»
Аннотация
В статье обобщаются мировые тенденции государственного и локального стимулирования развития рынка хранения возобновляемой энергии. Исследованы используемые сегодня технологии и перспективные межстрановые технологии хранения энергии. Отдельно рассмотрены системы распределенного хранения энергии на базе электромобилей в период их стоянки (vehicle-to-grid), включая экономические аспекты вопроса. На базе исследования немецкого и чешского опыта стимулирования рынка хранения энергии дается оценка его применимости к отечественным условиям. В статье рассматриваются аспекты не только положительного опыта стимулирования возобновляемой энергии, но и приводятся примеры отрицательного воздействия на данный сегмент энергетики вследствие несвоевременного обновления действующих правовых норм, ограничивающих возможности ускоренного развития возобновляемой энергетики, включая ряд административных барьеров и непосредственное воздействие на развитие отрасли принимаемых нормативных доку-ментов. Уделено внимание ресурсному ограничению развития систем хранения возобновляемой энергии на базе литий-ионных аккумуляторов на фоне инновационного удешевления данного сегмента хранения на разновременном горизонте планирования от пяти до двадцати лет на примере США и Китая. Кроме этого, затронута перспективная инновационная технология хранения возобновляемой энергии путем электролиза обычной воды (power-to-gas) на кислород и водород, который хранится до пиковой потребности в энергии и направляется на ее выработку. Рассмотрен вопрос о расширении числа собственников генераторов возобновляемой энергетики за счет граждан и общинных сообществ. стимулирование рынок возобновляемая энергия
Ключевые слова: возобновляемая энергетика, промышленное хранение энергии, межстрановые технологии хранения энергии, power-to-gas, системы распределенного хранения энергии на базе электромобилей
STIMULATING THE MARKET OF THE STORAGE AND EFFECTIVE USAGE OF THE RENEWABLE ENERGY
ALEXANDR O. BUCHNEV, Cand. Sci. (Economics), economist
PJSC Transneft
Annotation: The article summarizes the global trends in state and local development of the renewable energy storage market. The technologies used today and promising inter-country energy storage technologies are investigated. Separately, distributed energy storage systems based on electric vehicles during their parking period (vehicle-to-grid) are considered, including the economic aspects of the issue. German and Czech Republic experience of stimulating of the energy storage market is assessed for its applicability to domestic market conditions. The article discusses aspects of not only positive experience in stimulating renewable energy, but also provides examples of the negative impact on this segment of the energy sector due to the untimely updating of existing legal regulations that limit the possibilities for accelerated development of renewable energy, including a number of administrative barriers and direct impact on the development of industry accepted regulatory documents.
Attention is paid to the resource constraints on the development of storage systems for renewable energy based on lithium-ion batteries against the background of the innovative price reduction of this storage segment in the planning horizon from five to 20 years using the example of the USA and China. In addition, a promising innovative storage technology of renewable energy through the electrolysis of conventional water (power-to-gas) for oxygen and hydrogen, which is stored up to the peak energy demand and sent to its production, is affected. The issue of expanding the number of owners of renewable energy generators at the expense of citizens and collective communities was considered.
Keywords: renewable energy, industrial energy storage, inter-country energy storage technologies, power-to-gas, vehicle-to-grid
Введение
Оценивая опыт государственного стимулирования развития рынка хранения энергии, необходимо отметить его инерционное следование за непрерывным развитием возобновляемых источников энергии (ВИЭ), изменивших парадигму развития энергетики, соответствующей промышленному укладу и во многом его определившего [Макаров, 1998. С. 15]. Очевидно, что философия и экономика рынка систем хранения и накопления энергии отражает проблемы всей энергетической отрасли в целом. Учитывая неравномерное производство энергии посредством возобновляемых источников, особенно в периоды переизбытка производства и недостатка в периоды пикового потребления, именно траектория развития мощностей рынка возобновляемой энергетики (включая инновационный интерес к электромобилям) формирует успешность его развития.
Данный сегмент энергетики имеет свои особенности и ограничения. Прежде всего металлы, необходимые для производства литий-ионных аккумуляторов, востребованы не только в отрасли ВИЭ. Речь идет о таких металлах, как кобальт и литий, спрос на которые, по экспертным оценкам, в ближайшие пять лет вырастет в 2,9-3,1 раза. По данным IEA (Международное энергетическое агентство), предполагается, что за последующие десять лет спрос возрастет в десять раз.
Необходимо добавить, что кобальт всегда считался стратегическим товаром. Ряд стран-лидеров в области возобновляемых источников энергии, например, США, увеличили свою зависимость от внешних поставок и импортируют сегодня (по данным Минэнерго США) свыше 40 металлов и минералов, которые необходимы в том числе и для систем производства и хранения энергии. И если наращивать производство алюминия у США есть возможности, то, например, в отношении кобальта и лития они несколько ограничены.
Более того, Китай как один из поставщиков десятков стратегически важных для США минералов и металлов является в то же время безусловным мировым лидером в области возобновляемых источников энергии и сам активно использует данные минералы в своем производстве. Следует полагать, что вследствие угрозы внутреннего дефицита на фоне активного роста рынка средств хранения электроэнергии в целом и производства электромобилей в частности или причин иного рода экспортные поставки данных минералов могут быть минимизированы в целях обеспечения внутреннего производства в КНР.
Принципы успешного внедрения «зеленой» энергетики
На примере КНР приведем ряд принципов успешного внедрения «зеленой» энергетики. Прежде всего это ясная и понятная обществу цель достижения двадцатипроцентной доли возобновляемых источников энергии в топливно-энергетическом балансе к 2020 году [China's Policies... 2011. Р. 7]. Второе - минимизация эмиссии углекислого газа в целях улучшения экологии, определенная в главном руководящем документе страны - Долгосрочном плане развития. Третье - разработка экономически привлекательных квот на обязательное потребление энергии ВИЭ, четвертое - бизнесу понятные льготные тарифы для бизнеса, пятое - определение уровня лока-лизации генераторов возобновляемой энергии на национальном производстве, шестое - существенное финансовое стимулирование в виде системы грантов технологической поддержки1, седьмое, самое существенное, - институциональный закон о возобновляемых источниках энергии с приоритетами в сфере налоговой и кредитной политики . В результате достаточно короткого вре-менного интервала - за 10 лет - Китай обеспечил 17 % от мировых инвестиций в ВИЭ в национальной экономике, ускоренно развивая секторы ветровой, солнечной и биоэнергии [Порфирьев, 2012. С. 17].
Не ставя целью в настоящей статье привести все известные на сегодняшний день принципы государственного стимулирования ВИЭ, стоит тем не менее отметить характерный пример Швеции с ее уверенностью стопроцентного производства электроэнергии из источников возобновляемой энергии к 2040 году. Именно Швеция впервые сформулировала принцип «зеленых сертификатов», обеспечивающих определенными годовыми квотами гарантию приобретения возобновляемой энергии.
Проблемы и перспективы хранения энергии
Вернемся к решениям проблемы ресурсного ограничения развития сопредельного с возобновляемой энергией рынка хранения энергии в сегменте автомобильной промышленности.
По сообщениям экспертов, опубликованных в South China Morning Post, автокомпании - производители электромобилей проявляют интерес к поиску лития и кобальта вне своей территории, несмотря на то, что стоимость кобальта превысила 87 тысяч долларов США за тонну на лондонской бирже (три года назад его стоимость составляла не более 25 тысяч долларов США за тонну). Это вполне объяснимо, поскольку ряд экспертов считает, что пик продаж автомобилей на лидирующих авторынках (КНР, США, ЕС) с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) был пройден в 2018 году, сообщает Financial Times.
Основные интересы производителей традиционных аккумуляторных источников хранения энергии нацелены не только на редкоземельные металлы, добываемые в КНР. Основной владелец ресурсного ограничения развития данного сегмента энергетики - Конго, обеспечивающая около 2/3 их мировой добычи. Для изготовления катода литий-ионного аккумулятора необходим кобальт, который составляет четверть стоимости аккумулятора. Его возросшая стоимость вынуждает разработчиков искать товар-заменитель в виде сплавов никеля и марганца, где это только возможно. Если десять лет назад на изготовление аккумулятора электромобиля Tesla использовалось 38 кг металла, то сегодня данный параметр снизился в 7,6 раза. Не менее показа-телен прогноз топ-менеджмента концерна Volkswagen, который предполагает, что через пять лет изготовители электромобилей будут использовать до 30 процентов запасов лития, разведанных на настоящий момент. Есть и более радикальное мнение, что через 20 лет, если не появится новой инновационной технологии автомобильных аккумуляторов или не изменится удельное потребление кобальта на одно изделие (и при условии, что все страны ЕС откажутся от двигателей внутреннего сгорания), кобальта потребуется в 28 раз больше от уровня текущей добычи.
Стоит отметить, что объемы производства аккумуляторов растут, несмотря на два основных их недостатка: проблемы самовозгорания и значительные потери емкости при отрицательных температурах.
Определенное развитие, за которым просматривается и вполне перспективное будущее, получили литий-полимерные аккумуляторы (инновационная модификация литий-ионного накопителя энергии), где применяется полимер в качестве электролита. Пионером на рынке стала корпорация Ionic Materials, совершившая прорыв и предложившая твердый полимер, произво-дящий ионы при естественной температуре, который исключает возможность самовозгорания и значительно минимизирует удельные затраты на производство.
Не менее интересно направление, которое получит в ближайшем будущем государственную поддержку в ряде стран: идея vehicle-to-grid состоит в использовании электромобиля во время его стоянки в гараже владельца в качестве временной электростанции. То есть электромобиль (его аккумулятор) поддерживает заряд от сети в ночные часы (минимум общественного и про-мышленного потребления) и возвращает накопленную мощность в пиковом периоде. Предварительные оценки показывают (мощность автомобильного аккумулятора электрокара Tesla 85 КВт/час, разница в суточных тарифах за электроэнергию в среднем 10 евроцентов, т.е. 0,1*85*4*365=12410 евро/год, если машина не используется и работает только как накопитель энергии), что владелец электромобиля - участник данной программы сможет формировать личный денежный поток до 3100 евро в год за вычетом времени использования электромобиля по прямому назначению.
Подобная государственно-коммерческая концепция отрабатывается в Дании, в тестовом режиме программа с прошлого года работает в Италии и Японии. Более того, концепция предлагает использовать электромобиль и его аккумулятор как элемент домашней системы хра-нения энергии по аналогу с Tesla Powerwall.
В Германии уже несколько десятилетий для хранения энергии используются гидроаккумулирующие станции, работающие по принципу наполнения (часто естественного резервуара) во время низкого потребления электроэнергии в сети для ее использования в часы пик при естественном истечении, как на обычной гидроэлектростанции за счет перепада высот.
Пример подобного накопления и хранения энергии являет собой станция Goldisthal с мощностью хранения 1,06 ГВт, построенная в 2004 году и на сегодняшний день являющейся одной из крупнейших систем хранения энергии в ЕС данного типа. Учитывая, что ФРГ достаточно ограничена в расширении гидроаккумуляции (в силу природного ландшафта) на своей территории, готовится наднациональное решение по переброске свободной возобновляемой энергии в такие страны, как Швейцария и Норвегия, имеющие значительные возможности для данного способа хранения энергии.
Таким образом, глобальный рынок хранения накопленной энергии начинает зависеть от наличия развитой передающей инфраструктуры. Был разработан специальный закон «О расширении энергопередающей инфраструктуры» [Zimmermann, 2011. Р. 61]. А в рамках межправительственных соглашений между Германией и Норвегией для целей хранения и накопления энергии к 2020 году будет завершено строительство линии электропередач мощностью 1,4 ГВт.
Благодаря проектам такого рода можно констатировать появление относительно нового для европейских стран способа укрепления энергетической безопасности: если раньше наблюдался межстрановый экспорт невозобновляемой энергии, то теперь можно констатировать появление прорывного проекта хранения накопленной энергии и ее использования в пиковые периоды нагрузки между странами.
В ряде специализированных докладов по развитию сегмента хранения энергии в ФРГ встречается тезис об обеспечении надежности сегмента потребления энергии не только за счет своевременного роста выработки возобновляемой энергии, но и для компенсации ее определенной нестабильности за счет сопряжения базисной нагрузки при уменьшении доли традиционной энергии .
Также в Германии поощряется рассмотрение и утверждение проектов по возобновляемой энергии и сопутствующей ей инфраструктуры на локальном уровне. Например, разрешения на размещение ветроэлектростанций, включая согласование технических параметров, выдаются местными властями. Активно поощряется участие инвесторов-частных лиц, проживающих в данной местности, в союзе с банковским местным капиталом, не позволяя иметь повышенную доходность в данном секторе за счет государственной помощи [Лещенко, 2012. С. 368].
Рассмотрим пример города Фрайбург, где одна треть стоимости проекта ветровой электростанции, состоящей из четырех ветрогенераторов, была обеспечена частными инвесторами. На оставшуюся часть инвестиций был привлечен кредит местного банка. Оценка эффективности проекта показывает, что с точки зрения стоимости привлечения банковского капитала (ставка на момент осуществления проекта - 4,5%) предусмотрено меньше выплат частным инвесторам, определенных локальным соглашением (6%). Это показывает, насколько важным на локальном уровне в ФРГ считают вовлечение местных жителей в создание «зеленых» проектов и их инфраструктуры не только как пользователей, но и как инвесторов с перспективой получения распределенной прибыли.
Таким образом, стимулируется создание автономной местной инфраструктуры, способной продавать излишки возобновляемой энергии. Речь уже не идет об энергонезависимости местного сообщества, появляется новый вид повышения уровня жизни значительного числа граждан, начиная от инвестиционного замысла и завершая устойчивым извлечением прибыли на этапе эксплуатации.