ЭНЕРГЕТИКА И ЭКОНОМИКА РОССИИ:ВИРТУАЛЬНОЕ НАСТОЯЩЕЕ И РЕАЛЬНОЕ БУДУЩЕЕ

(возможности альтернативной энергетической стратегии)Журнал «Энергия» №9 2004.

Основы правительственной энергетической стратегии (ЭС-2020) в редакции 2003 г. были представлены А.А. Троицким в его статье «Энергетика и экономика России: прошлое, настоящее, будущее.» (см. журнал «Энергия» №9-10, 2003). Будем понимать это как приглашение научной общественности к ее анализу. Фундаментальность изложения положений ЭС-2020 открывает возможность для альтернативных предложений ее оптимизации.

В последней редакции не имеет смысла представление ЭС-2020 в виде двух вариантов - оптимистическом и умеренном. Дело в том, что в условиях глобальной рыночной конкуренции должен существовать один единственный вариант стратегии - программа минимум, обеспечивающая существование страны. Воплощение этого варианта должно быть гарантировано деятельностью Правительства, дальнейшее развитие энергетики можно возложить на конкуренцию.

На стадии всеобщей электрификации естественный монополизм электроэнергетики определяет все стороны образа жизни. В результате для данного уровня технологического развития устанавливается непосредственная связь между ВВП и выработкой электроэнергии (рис. 1). Существование корреляции определяется, прежде всего, тем, что электроэнергию нельзя произвести впрок. Стабильность экономик и развитые глобальные экономические связи определяют детерминистский характер представленной функции.

Рис. 1

Так, например, объединенная выработка электроэнергии Франции и Германии (т.1) определяет совокупный ВВП, близкий к ВВП Японии. В этом случае пониженный на 17% совокупный ВВП, по сравнению с ВВП Японии, можно объяснить существующим разделением национальных электросистем. Еще более наглядным примером служит то, что Франция, Германия и Япония на равный с США ВВП тратят почти вдвое меньше электроэнергии. Последнее свидетельствует не столько о расточительности экономики США, сколько о различной структуре электропотребления, например, о затратах электроэнергии на кондиционирование.

Переходная экономика России не согласуется со стабильными экономиками. Официальный ВВП в 340 млрд. долл. при выработке 892 млрд. кВт•ч. является виртуальным ВВП (т.А). Для «нормальной» экономики ВВП должен быть на порядок выше. По-видимому, этот виртуальный ВВП не учитывает теневую экономику, а курс валюты не соответствует реальному экономическому положению в России. Если принять, что теневая экономика составляет не менее 40%, а курс рубля занижен вдвое, то расчетный ВВП составит 1140 млрд. долл. С учетом известной низкой эффективностью использования электроэнергии в России, данный результат уже не противоречит оценкам ВВП развитых экономик (рис.2). Поэтому рост ВВП России в 3.3 раза за 20 лет должен быть осуществлен только за счет энергосберегающих технологий, что также необходимо для обеспечения конкурентоспособности экономики России.

Рис. 2

Выработка в 1000 млрд. кВт•ч при установленной мощности 214 ГВт уже сегодня доступна электроэнергетике России (т.Б, рис.1). Таким образом, достижение экономических параметров, положенных в основу разработки ЭС - 2020, возможно уже на основе сегодняшнего уровня развития энергетики. Поэтому Россию до 2020 г. ожидает энергетическая пауза. О том же свидетельствуют удельные показатели развития современных экономик. На (рис3) приведены данные душевого производства ВВП и электроэнергии.

Рис. 3

Обращает на себя внимание тот факт, что уровень душевого ВВП индустриальных стран приблизительно идентичен с некоторым превосходством Японии. В США на эквивалентный душевой ВВП тратиться почти вдовое больше электроэнергии. В России при равном с Германией душевом производстве электроэнергии виртуальный душевой ВВП почти на порядок ниже. Последнее также подтверждает виртуальность официального значения ВВП.

Таким образом, для достижения в России современного уровня жизни развитых стран можно считать обоснованным стремление повысить реальный ВВП в 3.3 раза. При этом будет закреплено 20-летнее отставание России в преобразовании экономики, сохранится ее зависимый характер. Поэтому предусмотренное в ЭС-2020 увеличение выработки электроэнергии до 1300 млрд. кВт•ч нельзя считать излишним. Это необходимый резерв для повышения темпов развития. Увеличение реального ВВП к 2010 г. в 2 раза вполне решаемая задача, так как на сегодня экономика России имеет колоссальные неиспользованные резервы. Отмеченные темпы развития не являются неординарным даже с учетом выработки ресурса электростанций России в 165 ГВт. В США с 1955 г. подобные мощности были введены всего за 15 лет в условиях низкого технологического развития того времени (в СССР подобные проблемы решались более эффективно).

В результате: 1. Оптимистический вариант развития стратегии ЭС-2020 следует считать единственно возможным минимальным вариантом. Темпы развития в условиях современной экономики России должны быть более высокими. Стагнация экономики будет возможна только, если государство не сможет остановить существующее расхищение ВВП страны.

2. Основной проблемой стратегии ЭС-2020, в условиях энергетической паузы, должно быть не столько количественное энергообеспечение страны, сколько коренное изменение структуры и эффективности энергопроизводства. Структуризация энергопроизводства не может быть уделом рыночных отношений. Извлечение максимальной прибыли, прежде всего, базируется на расхищении природных ресурсов. Однако ЭС-2020 сохраняет структуру энергопроизводства, исключающую даже становление технологической конкуренции.

3. Объемы первичного энергопроизводства ЭС-2020, приведенные на рис.4, не свидетельствуют об оптимизации структуры генерации (для наглядности энергосодержание топлив представлено в кВт•ч).

Рис. 4

Рост добычи топлив обусловлен расширением экспорта. Объем внутреннего потребления энергоресурсов за 20 лет остается неизменным, что подтверждает неизбежность энергетической паузы и сохранение в ЭС-2020 низкой эффективности энергопользования. Столь же наглядна структура энергетического пользования (рис.5). В 2000 г. электроэнергия составляет всего 12% от располагаемого энергетического ресурса. Ожидается к 2020 г. повышение потребления газа, восстановление потребления угля и понижение использования нефти по сравнению с 1990 г. Таким образом, ЭС-2020 строиться на вытеснении других видов топлив газом. Несмотря на рост выработки атомной энергии, в связи с консервацией гидроэнергетики, используемые энергетические ресурсы, в основном, остаются огневыми.

Рис. 5

В 2020 г. доля первичной электроэнергии в энергоресурсах возрастет до 5.3%. Последнее противоречит возможностям экономики России по использованию возобновляемых и внебиосферных источников энергии. На рис.6 показано прогнозируемое ЭС-2020 потребление топлива на ТЭС для выработки тепла и электроэнергии.

Рис. 6

В 2002 г. эффективность использования первичных энергоресурсов не превышала 0.6. Ожидается к 2020 г. увеличение эффективности до 0.65. Таким образом, в ЭС-2020 не используются стимулы форсированного внедрения эффективных огневых технологий выработки электроэнергии XXI века (рис.7). Для конденсационных электростанций (КЭС) при всех возможных технологических повышениях параметров теплового цикла эффективность (экономически оправданная) не превысит 0.5, для КЭС с комбинированным циклом (с газовой турбиной) при высоких параметрах пара эффективность не выше 0.6 и только при попутной выработке электроэнергии уже сегодня она достигает 0.875 (ГТК). Однако ЭС-2020 не стремится к развитию попутной выработки электроэнергии на основе потребления тепла, поставляемого котельными.

Рис. 7

В 2000 г. выработка тепла в котельных равнялась всей централизованной выработке тепла и электроэнергии (рис.8).

Рис. 8

1600 млрд. кВт•ч тепловой энергии являются надежной основой повышения эффективности огневой технологии. ЭС-2020 не использует этот колоссальный ресурс, свойственный энергетике России. В 2020 г. производство тепла в котельных возрастает до 1800 млрд. кВт•ч (рис.9). В результате, на время энергетической паузы, ЭС-2020 закрепляет технологический застой в электроэнергетике, обосновывая его тем, что:

· Необходимо замещать выработавшие свой ресурс мощности. При этом полагается, что рыночные отношения решат эту проблему количественно без качественного преобразования энергетики.

Рис. 9

Развитие атомной энергетики должно осуществляться на апробированных технологиях, без внедрения современных технологий с естественной безопасностью. · Развитие гидроэнергетики консервируется. В условиях устранения государства от регулирования «свободного» рынка электроэнергии подобный исход неизбежен, так как из ведения государства исчезают не только рычаги развития конкуренции, но и субъекты электроэнергетики, ответственные за энергоснабжение потребителей. Поэтому создаются идеальные условия для развития в электроэнергетике рыночных кризисов калифорнийского типа (рис.10). Закон об электроэнергетике в Калифорнии был принят в 1996 г., к 1998 г. создается сетевая компания и служба системных операторов. Далее потребовалось два года для опрокидывания рынка. Вместо инвестиций был организован незначительный дефицит энергии с блокаутом потребителей. В результате временами тарифы повышались многократно. Постепенный рост основы тарифа до 5-кратной величины обусловлен созданным дефицитом первичных энергоресурсов. Многократные всплески тарифов связаны с искусственными ограничениями располагаемой мощности генерациями.

Рис. 10

Системные операторы сотню раз получали отказ от генераций по вводу мощностей из-за «экономических соображений». Мировая практика внедрения нерегулируемого «свободного» рынка в естественно монопольной электроэнергетике сопровождается сокращением инвестиций и деградацией технологий энергоснабжения, что подтверждается также многочисленными системными авариями. Поэтому в России энергетическая стратегия должна строиться на основе государственного менеджмента ее реализации в интересах энергетической безопасности. Современный объем производства электроэнергии достаточен для самофинансирования его развития и оптимизации. ЭС-2020 предлагает до 2020 г. инвестировать в энергетику 172 млрд. долл. (рис.11).

Рис. 11

При этом доля инвестиций к современному тарифу 2 цента/кВт•ч составит 40%. Для всех видов генераций инвестиционные отчисления полагаются равными около 30%*. Таким образом, представленный в ЭС-2020 объем инвестиций следует считать минимально допустимым, так как в предшествующее десятилетие не было инвестиций даже на воспроизводство. В 2004 г. намечается повысить тариф до 3 центов/кВт•ч, что значительно превышает необходимый профицит на развитие электроэнергетики. В результате огневые технологии получают преимущественное развитие (82 млрд. долл.) в силу меньшей капиталоемкости (рис.12) и наличия коммерческих технологий, не требующих фундаментальных разработок.

Рис. 12

Так, например, для ТЭС полагается обновление отработанных мощностей и внедрение комбинированных циклов (480 долл./кВт). Для АЭС намечено дальнейшее сооружение коммерческих мощностей с капиталоемкостью 1100 долл./кВт. В этих условиях невозможно решить проблему создания принципиально новых технологий. Для гидроэнергетики предлагается только обновление и завершение начатого строительства (750 долл./кВт). Таким образом, ЭС-2020 не предполагает качественного изменения основы отечественной генерации. В России имеются все необходимые условия для качественной оптимизации структуры электроэнергетики за время энергетической паузы (см. таблицу). В таблице приведена минимизированная структура энергетической стратегии (на основе оптимистического варианта ЭС-2020).

№№

Наименование

2000 г.

2005 г.

2010 г.

2015 г.

2020 г.

1.

Установленная мощность, млн. кВт в том числе: - ГЭС - АЭС - РАЭ - КЭС -ТЭЦ - ГТК

212.8 44.3 21.2 - 64 77.1 -

222 47 23 -60 80 5

240 50 27 - 40 84 31

259 55 36.5 0.5 20 88 50.5

283 67 41 1 - 94 69

2.

Производство электроэнергии, млрд. кВтoч в том числе: - ГЭС - АЭС - РАЭ - КЭС -ТЭЦ - ГТК

878 165 129 - 248 328

936 163 161 - 247 337 21

1070 180 200 - 186 354 143

1205 195 266 3 104 382 250

1365 225 300 7 0 419 404

3.

Удельный расход топлива ТЭС, г у.т./кВтoч

340.8

328

290

255

230

4.

Экономия топлива, млн. т у.т.

0

4.6

31

41

58

5.

Капиталовложения в реструктуризацию электроэнергетики, млрд. долл. -ГЭС -АЭС -РАЭ -ТЭС -ГТК сети итого

 

7 5 - 4 2.5 3 21.5

19.5 15 - 9 5.6 8 57.1

33.5 26 0.5 25.5 16 18 119.5

46 36 1 41 25.5 27 176.5

5.

Целевые комплексные программы в том числе, млрд долл: - рассредоточенная атомная энергетика - аккумулирование электроэнергии - перспективное оборудование дальних электропередач - водородная энергетика

 

0.5 0.2 0.3 1

1 0.4 0.6 2

0.6 0.9 3

1 1.0 1.2 4

6.

Топливосбережение, млн. т у.т.

 

11.5

100.5

280.5

528

Таблица.

Кардинальное повышение эффективности производства электроэнергии на основе огневых технологий. Основой реструктуризации огневой электроэнергетики должна стать попутная выработка электроэнергии на основе вынужденного потребления тепла, свойственного образу жизни в России. ЭС-2020 показано, что в 2020 г. котельными без выработки электроэнергии будет производиться 1800 млрд. кВт•ч тепла. Это теплопроизводство может стать основой самой эффективной 87.5% генерацией электроэнергии (рис.7) в котельных с предвключенными газовыми турбинами (ГТК или, так называемыми, мини-ТЭЦ). При полном вытеснении КЭС экономия топлива в электроэнергетике достигает 23% или 58 млн. т у.т. (рис.13).

Рис.13

При этом, возможно не только остановить, но и снизить потребление газа на энергетические нужды. Электрификация котельных имеет капиталоемкость ниже 400 долл. кВт, что даст экономию в инвестициях не менее 15.5 млрд. долл. Эти средства могут быть использованы для развития гидро и атомной энергетики. Высвобождение 58 млн. т у.т. для экспорта создаст дополнительные налоговые поступления, которые позволят развить технологии газификации угля. В результате будут созданы технологические основы коммерческой рассредоточенной энергетики. Системные проблемы развития попутной энергетики не могут быть решены только на основе строительства гидроаккумулирующих станций. Следует уделить особое внимание развивающемуся в мире перспективных технологий направлению создания аккумуляторов с циркулирующим электролитом. ЭС-2020 игнорирует грядущее развитие рассредоточенной энергетики. Дело в том, что уже сегодня маломощные установки, работающие по комбинированному циклу совместной выработки тепловой и электроэнергии, имеют эффективность 0.6 - 0.7. Дальнейшее ее развитие приведет к эффективности не менее 0.8. Поэтому следует не только ожидать, но и стимулировать замещение котельного теплопроизводства на системы рассредоточенной энергетики. В результате часть нецентрализованного теплоснабжения может быть осуществлена на коммерческой основе рассредоточенной энергетики без привлечения налоговых средств финансирования. В результате инвестиции могут быть оптимизированы для развития гидро и атомной энергетики. Создание рассредоточенной атомной энергетики. ЭС-2020 строится на основе утвержденной Правительством атомной стратегии России. Сама по себе атомная стратегия оптимизирована как по видам технологий, так и по объемам производства. При всем том она имеет уязвимые места. Почти трехкратное развитие АЭС основывается на отработанных технологиях обеспечения безопасности без гарантии естественной безопасности. Несмотря на то, что опыт Франции подтверждает биологическую приемлемость подобных решений, движение зеленых, само по себе или путем организованного управления, может быть использовано для ликвидации атомной энергетики. В то же время во многих странах мира ведутся исследования по созданию модульных АЭС естественной безопасности. В России имеется существенный задел в этой области знаний. Низкие темпы внедрения технологий естественной безопасности обусловлены недостатком средств на основе самофинансирования атомной энергетики. Необходимо создание национальной программы создания рассредоточенной атомной энергетики (РАЭ) естественной безопасности. РАЭ, как единственный внебиосферный источник энергии, позволит перевести огневую технологию электроэнергетики на спадающую ветвь ее существования. Под РАЭ подразумевается создание модульных АЭС естественной безопасности с электрической мощностью до 100 МВт. При этом организуется централизованная эксплуатация на основе высоких технологий. Совмещение электро и тепло производства позволяет принципиально изменить эффективность атомной энергетики и соответственно в 2-3 раза снизить количество ядерных отходов. Поэтому необходимо включение в ЭС-2020 национальной программы по развитию РАЭ с объемом не менее 1 ГВт к 2020 г. Финансирование национальной программы должно быть осуществлено не только за счет экономии первичных энергоресурсов, но и за счет акцизов на всю выработку энергии. Развитие гидроэнергетики является безальтернативным направлением стратегии отечественной энергетики. Известно, что Россия обладает уникальным неиспользованным гидроэнергетическим ресурсом крупнейших рек. Только Сибирь и Дальний Восток располагают ресурсом крупнейших рек более 700 млрд. кВт•ч (рис.14). Ни одна из Европейских стран не обладает подобными возобновляемыми ресурсами. Однако ЭС-2020 предлагает ограничиться только окончанием начатых строек и восстановлением выработанных мощностей. Так, например, предлагается завершить строительство Бурейской ГЭС к 2010 г., т.е. ввести 1.2 ГВт за 7 лет. В то время как во времена СССР только за VI,VII пятилетки было введено более 9 ГВт гидроэнергетических мощностей. Поэтому энергетическая стратегия должна ориентировать на создание быстрыми темпами большой гидроэнергетики, что обеспечит для экономики России беспрецедентные энергетические преимущества. В ЭС-2020 должно быть включено строительство хотя бы одной ГЭС мощностью 8 ГВт (класса Осиновской или Туруханской ГЭС). Строительство мощной ГЭС позволит восстановить гидростроительную индустрию и обеспечить масштабный ввод гидроэнергетики в последующие годы. Располагаемые Россией гидроресурсы требует доведения темпов роста гидроэнергетики минимум до 10 ГВт за пятилетие.

Рис. 14

Финансовая обоснованность подобного проекта подтверждается тем, что существующий энергетический тариф для строительства подобных ГЭС требует увеличения не более, чем на 0.06 цента/кВт•ч, при эквивалентной капиталоемкости 2500 долл./кВт. Следует учитывать, что каждая такая мощная ГЭС будет экономить 3 млн. т у.т. ежегодно. Таким образом, ЭС-2020 должна быть пересмотрена в направлении:

1.    Всемерного развития попутной и рассредоточенной энергетики для огневых технологий. Развития рассредоточенной атомной энергетики.

2.    Строительства мощных ГЭС.

3.    Осуществления целевых проектов для демонстрации коммерческой эффективности новых технологий.

4.    Создания централизованного фонда разработки перспективных технологий.

В результате должна быть изменена целевая структура энергетической стратегии (рис.15). Попутная энергетика, необходимая для вытеснения КЭС, будет использовать только 42% прогнозируемой котельной теплогенерации 2020г. Все остальное тепло, около 1000 млрд. кВт•ч, может стать основой развития рассредоточенной огневой энергетики.

Рис.15

Возникает проблема создания сотовой единой энергетической системы, которая должна обеспечить экономическую конкуренцию перспективных технологий и энергетическую безопасность экономики страны. Поэтому государственный мониторинг национальных программ развития энергетики является необходимым условием создания высоких технологий в электроэнергетике XXI века.Технологии производства электроэнергии ЭС-2020 соответствуют современным требованиям, но Россия имеет несравнимые перспективы их развития относительно мирового уровня.

Фотин В.П.