Zubakin_V.A._Upravlenie_elektroenergetikoy_v_sovremennoy_ekonomike

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА (НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

имени И.М. ГУБКИНА

Кафедра (базовая) возобновляемых источников энергии

В. А. Зубакин

УПРАВЛЕНИЕ

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКОЙ В СОВРЕМЕННОЙ ЭКОНОМИКЕ

Учебное пособие

Москва 2019

3

Введение

Впредставленной работе подробно освещается трансформация мировой электроэнергетики: причины и последствия её, основные экономические сигналы, которые получает бизнес в России и за рубежом в результате таких изменений, в том числе под влиянием научно-технического прогресса, государственного регулирования и, наконец, какие изменения в системах управления на микро- и макроуровне эта трансформация порождает.

Пособие содержит 5 разделов.

Впервом раскрываются основные направления трансформа-

ции электроэнергетики в России и мире, во втором подробно раскрывается механизм государственного регулирования и его последствия, в том числе, с появлением новых субъектов электроэнергетики.

В третьем и четвертом разделах описывается целевое видение архитектуры электроэнергетики, отвечающей современным вызовам, приводится модель оценки эффективности инвестиций и необходимые инструменты для трансформации электроэнергетики.

Пятый раздел содержит анализ изменений в законодательстве, касающиеся электроэнергетики, которые способствуют её трансформации с максимальным положительным эффектом для отечественной экономики.

4

1. «ЧЕТЫРЕ КИТА» ТРАНСФОРМАЦИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ

Трансформацию мировой электроэнергетики принято описывать «стоящей на 4 китах» – или иначе на «4D» диверсификация, декарбонизация, децентрализация, дигитализация. Попробуем выяснить причины и следствия у этих процессов, изменения в системах управления на микро- и макроуровне их порождающие, а также экономические сигналы для бизнеса.

Отметим сразу, что не считаем причиной трансформации мировой электроэнергетики пресловутое «исчерпание запасов энергоресурсов». Как доказал Дж. Саймон [1], любое ограничение по естественным ресурсам преодолевается научно-техническим прогрессом. Например, Израиль после внедрения капельного орошения превратился из импортера сельскохозяйственной продукции в экспортера; США за счет «сланцевой революции» вышел на 1 место в мире по объему добычи углеводородов; в Западной Сибири в местах традиционной добычи нефти с уже истощенными месторождениями существует так называемая «баженовская свита» с запасами в 2,5 млрд. тонн нефти [2]. И таких примеров множество.

В чем же суть трансформации электроэнергетики по каждому из этих D-направлений?

Диверсификация на макроуровне проявляется в структуре энергетического баланса страны, когда, наряду с традиционными видами источников энергии (углеводороды), быстро растет доля «нетопливной» электроэнергетики, например, возобновляемые источники энергии, атомная энергетика. При этом, в развитых странах она достигает уже 20 % в сумме всех видов энергии с тенденцией дальнейшего роста.

Такого рода диверсификация для энергодефицитных (по угле-

5

водородам) стран повышает одновременно уровень их устойчивости и безопасности развития. Энергетическая диверсификация на микроуровне проявляется во множестве форм. На транспорте, например, стремительно растет доля электроавтомобилей, автомобилей на природном газе, топливных элементах, а также разнообразных гибридов. В электро- и теплоэнергетике благодаря автоматизации управления горением появились многотопливные энергоустановки, в которых может использоваться твердое, жидкое, газообразное топливо, в том числе, разного рода промышленные и бытовые отходы, а скорость перехода с одного вида топлива на другое измеряется минутами. Кроме того, появились эффективные технологии преобразования разных видов топлива друг в друга: твердого – в газообразное и жидкое, жидкого – в твердое и газообразное, газообразного – в жидкое.

Декарбонизация – повышение доли выработки и потребления энергии без использования ископаемого углеводородного топлива – является устойчивым трендом как в развитых, так и в развивающихся странах, хотя и по разным причинам.

В странах Европы, Северной Америки и Японии существует устойчивое общественное мнение, оформленное в движение по борьбе с глобальным потеплением. В прочих странах к декарбонизации подталкивают экологические проблемы – преобладание угольной энергогенерации, переполнение городов «экологически грязным» транспортом, быстрый промышленный рост на основе отсталых технологий.

Все это вынуждает власти развивающихся стран, несмотря на весьма прагматичное отношение к проблеме глобального потепления, всерьез подходить к проблеме декарбонизации. Снижение удельной стоимости оборудования для возобновляемой энергетики в десятки раз за последние 30 лет сделали эти источники энер-

6

гии конкурентоспособными по сравнению с традиционными и вполне доступными для самых бедных стран.

Децентрализация – изменение архитектуры энергетических систем – иерархического принципа построения на «сетевой». Некоторые исследователи [3] говорят даже о «сотовой» энергетике.

Технический прогресс, создание компактных эффективных энергоисточников малой мощности (микротурбины, фотоэлектрические модули, топливные элементы) нарушили традиционную функциональную зависимость «чем крупнее, тем лучше, эффект масштаба в энергетике проиграл другому эффекту – возможности приблизить энергоисточник к потребителю, сэкономить на транспортировке, а также повысить надежность.

При этом эффективные современные системы накопления энергии дали возможность самобалансирования потребителей с собственными энергоисточниками, забрав эту функцию из общей энергосистемы в свою микросеть в масштабах домохозяйства, предприятия или поселка.

Темпы роста суммарной мощности распределенной генерации устойчиво обгоняют таковые традиционной генерации, снабжающей электросети общего использования, причем в большинстве стран мира.

Дигитализация – переход к повсеместному применению в электроэнергетике цифровых управляемых устройств, подключенных к информационным сетям интернета, на всех уровнях энергосистемы от устройств генераторов и электрических сетей до конечных, в том числе бытовых, потребителей электроэнергии, обеспечивает возможность интеллектуального управления энергосистемами, основанного на межмашинном (M2M, IoT) взаимодействии.

Дело в том, что масштабный переход к экологически чистой «безуглеродной» энергетике снижает ее системную эффектив-

7

ность, например, генераторы со стохастической выработкой, использующие энергию Солнца и ветра, требуют резервных генерирующих и/или накопительных мощностей. Базовым решением проблемы растущей неэффективности энергетики видится переход к децентрализованной организации мощностей, управления и энергетических рынков с эффективной крупной и малой распределенной энергетикой.

Но у совместной работы огромного множества распределенных субъектов в условиях децентрализации архитектуры есть один принципиальный недостаток – растущая с числом участников взаимодействия сложность управления. Дигитализация (цифровизация) является технологической базой, позволяющей этот недостаток устранить.

8

2. ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ, ЭКОНОМИЧЕСКИЕ СИГНАЛЫ И НОВЫЕ СУБЪЕКТЫ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ

В начальный период трансформации энергетики декарбонизация – это в полной мере результат государственного регулирования развития в каждой конкретной стране или группе стран (Евросоюз). Под давлением общества, осознавшего реальность изменения климата (глобального потепления) или экологические проблемы (Китай), законодательно вводится плата за выбросы парниковых газов и/или создается система стимулирующая развитие возобновляемых источников энергии (ВИЭ).

Такого рода «кнут» (плата за выбросы) и «пряник» (стимулирование ВИЭ [4]) становятся экономическими сигналами для декарбонизации и диверсификации электроэнергетики всей цепочки «НИОКР – энергомашиностроение – строительство». При этом. конкуренция во всех звеньях этой цепочки многократно снизила затраты на выработку «чистой» энергии. Достижение технологиями ВИЭ «сетевого паритета» по LCOE (нормированная стоимость электроэнергии (levelized cost of electricity, LCOE) представляет со-

бой среднюю расчётную себестоимость производства электроэнергии на протяжении всего жизненного цикла электростанции (включая все возможные инвестиции, затраты и доходы)) и означает сегодня отказ от «искусственной поддержки» ВИЭ. Наступает время «честной конкуренции» ВИЭ и традиционной энергетики.

По мере удешевления аккумуляторных батарей и развития зарядной инфраструктуры в ближайшие годы прогнозируется паритет электромобилей и традиционного транспорта. Это позволит отменить льготы и создаст условия для «честной конкуренции» в сфере автотранспорта, который в мировом энергобалансе является крупнейшим потребителем углеводородов.

9

Во многих странах мира государство регулирует и сферу энергоэффективности, то есть потребления энергии, хотя и не стоит переоценивать значение такого регулирования для энергетической трансформации. Высокая цена на энергию – лучший экономический сигнал для потребителя, и превышение темпов роста национального дохода над энергопотреблением в странах ЕЭС – это не происки чиновников Евросоюза (как часто утверждают идеологи госрегулирования в России), а рациональное экономическое поведение потребителей в этих странах.

Важным институциональным изменением в электроэнергетике, причем не государственного характера, является трансформация традиционных потребителей энергии (домохозяйства, предприятия, и даже города) в просьюмеры (термин введен Э. Тоф-

флером в 1980 г. [5], от «producer + consumer»). Энергетические просьюмеры – новый тип субъектов электроэнергетики, которые являются одновременно и производителями, и потребителями энергии.

Промышленное предприятие, построившее собственный энергоцентр и продающее избытки электрической и тепловой энергии, – это просьюмер. Домохозяйство с крышными фотоэлектическими батареями, выдающее излишек энергии в общую сеть, может считаться просьюмером. Наконец город, перерабатывающий свои отходы до состояния биотоплива, это тоже просьюмер.

Происхождение энергетического просьюмеризма, как правило, естественное, и является результатом технического прогресса и предпринимательской инициативы, без влияния государства (исключением является Дания, где система мер поддержки миниТЭЦ привела к появлению за 20 лет сотен небольших энергоцентров на природном газе и биомассе и к снижению годового потребления первичной энергии на 11%). Что касается России, то в действующей на сегодня «Энергетической стратегии России до

10