Два подхода к стимулированию генерации энергии на основе ВИЭ

Схема поддержки развития использования ВИЭ с точки зрения объекта стимулирования может быть принципиально построена на основе двух базовых подходов.

1. Стимулирование по отдельным элементам затрат инвестиционного цикла проекта: снижение стоимости капитала, снижение эксплуатационных затрат, снижение стоимости заемного капитала и т.д.

2. Стимулирование по конечному продукту генерации на основе ВИЭ – электрической энергии, уже после завершения инвестиционного цикла проекта.

Все факторы, оказывающие влияние на уровень и структуру себестоимости производства энергии на основе ВИЭ, были нами разделены на две группы: экономические факторы (внутренние и внешние) и неэкономические факторы. Особняком стоят факторы, влияние которых вряд ли можно будет нивелировать в обозримом будущем.

Анализ внутренних экономических факторов с очевидностью продемонстрировал, что показатели всех основных внутренних факторов стоимости энергии на основе ВИЭ имеют очень большую девиацию. Этот разброс характерен как в рамках одного вида ВИЭ, так и при сравнении разных видов ВИЭ.

Значения показателей по видам ВИЭ отличаются «в разы», а иногда и на порядок. Например, эксплуатационные расходы имеют разброс от 2,0 до 42,6%, обслуживание заемных средств колеблется от 5,2 до 82% в себестоимости 1 кВт-ч и т.д. Значение доли амортизации в себестоимости 1 кВт-ч составляет минимум 9,4% (приливные станции), максимум – 75,2% (малые ГЭС). Соотношение затрат на закупку оборудования и другие инвестиционные расходы также весьма отличается для разных видов ВИЭ.[9]

Применительно к вопросу системы поддержки ВИЭ это означает, что в принципе поддержка, объектом которой будут отдельные факторы стоимости производства энергии, возможна. Однако такая форма поддержки будет представлять собой довольно масштабную, многоуровневую и дробную систему мер, чтобы учесть не только особенности каждого вида ВИЭ, но структуру затрат по каждому из них.

Заслуживает внимания второй возможный подход к стимулированию генерации электрической энергии на основе ВИЭ и предполагает сведение таких оснований для поддержки только к одному элементу – произведенной и проданной на рынке энергии. При этом в цене энергии каждого генератора сохранится свойственная именно этому типу генерации структура затрат, но распределение выручки в соответствии с ней уже становится задачей самого владельца генерирующей установки.

Стимулирование на основе второго подхода позволяет решить сразу несколько задач.

Во-первых, система стимулирования становится простой и привязанной к одному показателю, общему для всех генераторов на основе ВИЭ.

Во-вторых, система избежит сложной и дробной доказательной базы справедливости поддержки по объемам и видам затрат и одновременно опасности коррупции в процессе такого их обоснования.

В-третьих, такая система всегда будет стимулировать за конечный результат, полученный и подтвержденный «де-факто». Это позволит избежать ситуации, когда поддержка была оказана, а производство энергии так и не началось.

Исходя из особенностей российского электроэнергетического рынка и ограничений, накладываемых на организации отрасли ФЗ «Об электроэнергетике», в схеме поддержки ВИЭ предлагается вариант специального сбора с участников рынка как источника выплат фиксированных надбавок к цене. Если использовать имеющийся набор инструментов поддержки из Бюджетного кодекса и установленные процедуры формирования бюджета, то создать эффективную систему поддержки будет крайне затруднительно главным образом по двум причинам. Во-первых, бюджет не позволяет создать самовоспроизводящуюся, повторяющуюся систему сбора и перераспределения средств на длительный (15–20 лет) срок. Во-вторых, бюджетные инструменты поддержки нацелены на отдельные элементы в структуре затрат на производство энергии. Для ВИЭ эта структура очень сильно отличается от вида к виду. Поэтому эти средства поддержки будут иметь важное значение для одних видов ВИЭ (где значение этого элемента затрат велико) и слабо влиять на другие (где доля этого вида затрат мала).

Система поддержки генераторов ВИЭ на основе стимулирования производства и продажи электроэнергии на основе специальных закупочных тарифов (feed in tariffs) широко распространена в мире и имеет на практике две основные формы.

Первая форма предполагает установление специальных закупочных тарифов на такую энергию и возложение государством обязанности на тех или иных субъектов покупать энергию ВИЭ по таким тарифам.. Это могут быть сетевые компании, распределительные или оптовые сбытовые компании, потребители или только их отдельные группы. Такая схема принята во многих странах мира. При такой схеме генераторы на основе ВИЭ фактически уходят с рынка за счет продажи энергии по устанавливаемым государством ценам или тарифам. При малой доле таких генераторов в общем объеме потребляемой энергии это будет незаметно. Но с ростом доли ВИЭ в общем энергобалансе страны могут начать возникать искажения на рынке.

Вторая схема поддержки предполагает установление фиксированных доплат генераторам ВИЭ к полученной с рынка выручке в зависимости от объемов проданной электроэнергии и вида возобновляемого источника, использованного для ее генерации. В этом случае обязательств по покупке ни на кого не возлагается (нет необходимости, так как все покупают энергию по рыночным ценам) и все генераторы работают на основе рыночных правил.

Солнечная энергия

Солнечная энергия занимает лидирующее положение среди ВИЭ. Суммарный поток энергии солнечного излучения на поверхность Земли во много раз превышает мощность действующих в мире энергоустановок, а располагаемые ресурсы солнечной энергии на территориях всех стран, в том числе расположенных в высоких широтах, существенно превышает их энергетические потребности на обозримую перспективу. Многие другие возобновляемые источники энергии, такие как энергия ветра, энергия растительной биомассы, энергия водных потоков и волн имеют солнечное происхождение: возникновение потоков воздушных масс и кругооборот атмосферной влаги обусловлены неравномерностью нагрева поверхности Земли солнечным излучением, фотосинтез является основой роста растений.

Солнечная энергия повсеместно доступна. Солнечное излучение, вследствие того, что оно исходит от источника с яркостной температурой около 6000^оС, с термодинамической точки зрения является высококачественным первичным источником энергии, допускающим принципиальную возможность ее преобразования в другие виды энергии (электроэнергия, тепло, холод и др.) с высоким КПД. Однако существенными ее недостатками с технической точки зрения являются нестабильность (суточная, сезонная, погодная) и относительно малая плотность энергетического потока: за пределами атмосферы около 1,4 кВт/м², на земной поверхности в ясный полдень около 1 кВт/м², а в среднем за год (с учетом ночей и облачности) от 150 до 250 Вт/м², что тем не менее соответствует ежегодному поступлению на 1 м² земной поверхности энергии эквивалентной 150…250 кг у.т. (1 кг у.т. = 7 Мкал). Для самого солнечного района Европы – юга Испании – характерно среднегодовое дневное поступление солнечной радиации 4,7 кВтч/м² день, а на юге Германии, где сегодня идет активное внедрение солнечных установок, – 3,3 кВтч/м² день.

Эти особенности солнечного излучения как источника энергии затрудняют создание эффективных энергетических устройств, поскольку обусловливают необходимость сооружения приемников солнечного излучения повышенной площади и создания аккумуляторов энергии. В результате, несмотря на «бесплатность» самого солнечного излучения, стоимость солнечных установок оказывается значительной, что снижает их конкурентоспособность по отношению к традиционным энергоустановкам, особенно если последние используют дешевое органическое топливо.

Солнечная радиация

Солнечная радиация - это электромагнитное излучение, сосредоточенное в основном в диапазоне волн длиной 0,28…3,0 мкм. Солнечный спектр состоит из:

- ультрафиолетовых волн длиной 0,28…0,38 мкм, невидимых для наших глаз и составляющих приблизительно 2 % солнечного спектра;

- световых волн в диапазоне 0,38 … 0,78 мкм, составляющих приблизительно 49 % спектра;

- инфракрасных волн длиной 0,78…3,0 мкм, на долю которых приходится большая часть оставшихся 49 % солнечного спектра.

Остальные части спектра играют незначительную роль в тепловом балансе Земли.

Солнце излучает огромное количество энергии - приблизительно 1,1x10²⁰ кВт·ч в секунду. Киловатт·час - это количество энергии, необходимое для работы лампочки накаливания мощностью 100 ватт в течение 10 часов. Внешние слои атмосферы Земли перехватывают приблизительно одну миллионную часть энергии, излучаемой Солнцем, или приблизительно 1500 квадрильонов (1,5 x 10¹⁸) кВт·ч ежегодно. Однако из-за отражения, рассеивания и поглощения ее атмосферными газами и аэрозолями только 47% всей энергии, или приблизительно 700 квадрильонов (7 x 10¹⁷) кВт·ч, достигает поверхности Земли. [10]

Рис 2.4.1.1. Солнечный спектр в тепловом балансе Земли[11]

Солнечное излучение в атмосфере Земли делится на так называемое прямое излучение и на рассеянное на частицах воздуха, пыли, воды, и т.п., содержащихся в атмосфере. Их сумма образует суммарное солнечное излучение.

Количество энергии, падающей на единицу площади в единицу времени, зависит от ряда факторов:

- широты,

- местного климата,

- сезона года,

- угла наклона поверхности по отношению к Солнцу.

Количество солнечной энергии, падающей на поверхность Земли, изменяется вследствие движения Солнца. Эти изменения зависят от времени суток и времени года. Обычно в полдень на Землю попадает больше солнечной радиации, чем рано утром или поздно вечером. В полдень Солнце находится высоко над горизонтом, и длина пути прохождения лучей Солнца через атмосферу Земли сокращается. Следовательно, меньше солнечной радиации рассеивается и поглощается, а значит, больше достигает поверхности.

Рис. 2.4.1.2. Распределение солнечной радиации на поверхности Земли[12]

Количество солнечной энергии, достигающей поверхности Земли, отличается от среднегодового значения: в зимнее время - менее чем на 0,8 кВт·ч/м² в день на Севере Европы и более чем на 4 кВт·ч /м² в день в летнее время в этом же регионе. Различие уменьшается по мере приближения к экватору.

Количество солнечной энергии зависит и от географического месторасположения участка: чем ближе к экватору, тем оно больше. Например, среднегодовое суммарное солнечное излучение, падающее на горизонтальную поверхность, составляет: в Центральной Европе, Средней Азии и Канаде - приблизительно 1000 кВт·ч/м²; в Средиземноморье - приблизительно 1700 кВт·ч /м²; в большинстве пустынных регионов Африки, Ближнего Востока и Австралии - приблизительно 2200 кВт·ч/м². [13]

Таким образом, количество солнечной радиации существенно различается в зависимости от времени года и географического положения. Этот фактор необходимо учитывать при использовании солнечной энергии.

Таблица 2.4.1.1.

Количество солнечной радиации в Европе и странах Карибского бассейна, кВт·ч/м² в день.

Количество солнечной радиации, достигающее поверхности Земли, зависит от различных атмосферных явлений и от положения Солнца как в течение дня, так и в течение года. Облака - основное атмосферное явление, определяющее количество солнечной радиации, достигающей поверхности Земли. В любой точке Земли солнечная радиация, достигающая поверхности Земли, уменьшается с увеличением облачности. Следовательно, страны с преобладающей облачной погодой получают меньше солнечной радиации, чем пустыни, где погода в основном безоблачная. На формирование облаков оказывает влияние наличие таких особенностей местного рельефа, как горы, моря и океаны, а также большие озера. Поэтому количество солнечной радиации, полученной в этих областях и прилегающих к ним регионах, может отличаться. Например, горы могут получить меньше солнечного излучения, чем прилегающие предгорья и равнины. Ветры, дующие в сторону гор, вынуждают часть воздуха подниматься и, охлаждая влагу, находящуюся в воздухе, формируют облака. Количество солнечной радиации в прибрежных районах также может отличаться от показателей, зафиксированных в областях, расположенных внутри континента.

Количество солнечной энергии, поступающей в течение дня, в значительной степени зависит от местных атмосферных явлений. В полдень при ясном небе суммарное солнечное излучение, попадающее на горизонтальную поверхность, может достигнуть (например, в Центральной Европе) значения в 1000 Вт/м² (при очень благоприятных погодных условиях этот показатель может быть выше), в то время, как при очень облачной погоде - ниже 100 Вт/м² даже в полдень.

Антропогенные и природные явления также могут ограничивать количество солнечной радиации, достигающей поверхности Земли. Городской смог, дым от лесных пожаров и переносимый по воздуху пепел, образовавшийся в результате вулканической деятельности, снижают возможность использования солнечной энергии, увеличивая рассеивание и поглощение солнечной радиации. То есть, эти факторы в большей степени влияют на прямое солнечное излучение, чем на суммарное. При сильном загрязнении воздуха, например, при смоге, прямое излучение уменьшается на 40%, а суммарное - лишь на 15-25%. Сильное вулканическое извержение может понизить, причем на большой территории поверхности Земли, прямое солнечное излучение на 20%, а суммарное - на 10% на период от 6 месяцев до 2 лет. При уменьшении количества вулканического пепла в атмосфере эффект ослабевает, но процесс полного восстановления может занять несколько лет. [14]

Солнце обеспечивает нас в 10 000 раз большим количеством бесплатной энергии, чем фактически используется во всем мире. Только на мировом коммерческом рынке покупается и продается чуть меньше 85 триллионов (8,5 x 10¹³) кВт·ч энергии в год. Поскольку невозможно проследить за всем процессом в целом, нельзя с уверенностью сказать, сколько некоммерческой энергии потребляют люди (например, сколько древесины и удобрения собирается и сжигается, какое количество воды используется для производства механической или электрической энергии). Некоторые эксперты считают, что такая некоммерческая энергия составляет одну пятую часть всей используемой энергии. Но даже если это так, то общая энергия, потребляемая человечеством в течение года, составляет только приблизительно одну семитысячную часть солнечной энергии, попадающей на поверхность Земли в тот же период.

В развитых странах, например, в США, потребление энергии составляет примерно 25 триллионов (2.5 x 10¹³) кВт·ч в год, что соответствует более чем 260 кВт·ч на человека в день. Данный показатель является эквивалентом ежедневной работы более чем ста лампочек накаливания мощностью 100 Вт в течение целого дня. Среднестатистический гражданин США потребляет в 33 раза больше энергии, чем житель Индии, в 13 раз больше, чем китаец, в два с половиной раза больше, чем японец и вдвое больше, чем швед.

Количество солнечной энергии, попадающей на поверхность Земли, во много раз превышает ее расход даже в таких странах как США, где энергопотребление огромно. Если бы только 1% территории страны был использован для установки солнечного оборудования (фотоэлектрические батареи или солнечные системы для горячего водоснабжения), работающего с КПД 10%, то США были бы полностью обеспечены энергией. То же самое можно сказать и в отношении всех других развитых стран. Однако, в определенном смысле, это нереально - во-первых, из-за высокой стоимости фотоэлектрических систем, во-вторых, невозможно охватить такие большие территории солнечным оборудованием, не нанося вред экосистеме. Но сам принцип является верным. Можно охватить ту же самую территорию, рассредоточив установки на крышах зданий, на домах, по обочинам, на заранее определенных участках земли и т.д. К тому же, во многих странах уже более 1% земли отведено под добычу, преобразование, производство и транспортировку энергии. И, поскольку большая часть этой энергии является не возобновляемой в масштабе существования человечества, этот вид производства энергии намного более вреден для окружающей среды, чем солнечные системы.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: