Развитие возобновляемой энергетики (ВЭ) является одним из ведущих трендов мировой энергетики. В области электрогенерации итоги её развития в 2020 году, по данным Международного экспертного сообщества по возобновляемой энергетике
REN21 (ren21.net) и Института экологических технологий AEE INTEC (aee-intec.at), представлены на рис. 1, где приведены значения установленной мощности и выработанной электрической энергии в гидроэнергетике, ветроэнергетике, фотоэнергетике, геотермальной энергетике и биоэнергетике. В электрогенерации наибольших результатов достигла гидроэнергетика: установленная мощность 1170 ГВт, годовая выработка — 4370 ТВт·ч/год. Для ветроэнергетики эти значения составляют 743 ГВт и 1743 ТВт·ч/год, для солнечной энергетики — 708 ГВт и 901 ТВт·ч/год, соответственно, для биоэнергетики выработка электроэнергии равна 602 ТВт·ч/год, для геотермальной энергетики при установленной мощности 14 ГВт годовая выработка достигла 94,7 ТВт·ч/год.
Рис. 1. Установленные мощности и выработка электроэнергии в мире на основе ВИЭ в 2020 году
В области теплоснабжения, по данным тех же организаций, на рис. 2 представлены значения установленной мощности и выработанной тепловой энергии в 2020 году с использованием энергии биомассы, солнечной и геотермальной энергии. Наибольшим количеством тепловой энергии отличается теплогенерация на основе энергии биомассы — 4323 ТВт·ч/год. Установленные мощности и выработки тепловой энергии солнечного теплоснабжения составили 501 ГВт и 407 ТВт·ч/год, геотермального теплоснабжения — 108 ГВт и 284 ТВт·ч.
Рис. 2. Установленные мощности и выработка тепловой энергии в мире на основе ВИЭ в 2020 году
Развитие возобновляемой энергетики в России осуществляется на основании Федерального закона «Об электроэнергетике» от 26 марта 2003 года №35-ФЗ, поправки в который регламентируют сооружение ветроэлектростанций (ВЭС), солнечных электростанций (СЭС), малых гидроэлектростанций (МГЭС) и других видов ВЭ. Статистика установленных мощностей и выработанной электрической энергии электростанциями РФ в 2020 году представлена в отчётах функционирования компании «Системный оператор Единой энергетической системы России» (АО «СО ЕЭС», so-ups.ru). На 1 января 2021 года суммарная установленная мощность всех электростанций РФ составляла 245,3 ГВт (100%), в том числе гидроэлектростанций (ГЭС) — 50 ГВт (20,38%), солнечных электростанций — 1,7 ГВт (0,7%); ветроэлектростанций — 1,03 ГВт (0,42%). Возобновляемая энергетика России, включая большую и малую гидроэнергетику, имела общую установленную мощность 52,73 ГВт или 21,45% от суммарной мощности всех электростанций страны. При общей выработке всеми электростанциями РФ за 2020 год 1047 ТВт·ч (100%) электрической энергии, возобновляемой энергетикой было произведено 210 ТВт·ч (20,1%), в том числе ГЭС — 207,4 ТВт·ч (98,7%), СЭС — 1,98 ТВт·ч (0,8%) и ВЭС — 1,38 ТВт·ч (0,5%). На рис. 3 представлены указанные значения установленных мощностей и выработанной в 2020 году электрической энергии ГЭС, СЭС и ВЭС. Официальная статистика по установленной мощности теплоснабжения с использованием ВИЭ и выработанной ими тепловой энергии в 2020 году в России отсутствует. В 2021 году изменился критерий значения мощности ГЭС — Распоряжением Правительства РФ от 1 июня 2021 года №1446 максимальное значение установленной мощности было увеличено до 50 МВт.
Рис. 3. Установленные мощности и выработка электрической энергии в 2020 году возобновляемой энергетикой Российской Федерации (по данным АО «СО ЕЭС»)
Рынок возобновляемой энергетики
Современный российский рынок ВЭ создавался с 2007 года посредством внесения изменений в Федеральный закон «Об электроэнергетике» №35-ФЗ. Постановлением Правительства РФ от 23 января 2015 года №47 был определён действовавший до 2021 года порядок поддержки ВЭ на оптовом и розничном рынках электроэнергии, а также в территориально изолированных энергорайонах (план «ДПМ ВИЭ 1.0″). Инвесторы на оптовом рынке определялись Администратором торговой системы (АТС) на конкурсной основе по следующим критериям: капитальным затратам на 1 кВт установленной мощности и проценту локализации производства оборудования, а также коэффициенту использования установленной мощности (КИУМ). Правительство обязало региональные сетевые компании закупать электроэнергию ВЭ для компенсации до 5% прогнозируемых потерь в электрических сетях. С победителями конкурса заключались договоры с гарантией рентабельности 12% и с выгодными тарифами на вырабатываемую энергию.
В 2021 году Распоряжением Правительства РФ от 1 июня 2021 года №1446 были внесены изменения в №35-ФЗ с утверждением нового плана «ДПМ ВИЭ 2.0″. Его срок продлён до 2035 года, а мощность электрогенерации с использованием ветровой, солнечной и малой гидравлической энергии возросла до 12 ГВт. Новым критерием стал показатель эффективности электростанции (одноставочной цены) вместо ранее действовавших удельных капвложений на 1 кВт мощности. Требования плана «ДПМ ВИЭ 2.0″ предусматривают также возможность изменения установленной мощности и ужесточение требований по изменению местонахождения [1].
На розничном рынке электроэнергии для регулирования возобновляемой энергетики Постановлением Правительства РФ от 29 августа 2020 года №1298 отбор проектов ВЭ для «Схем и программ развития электроэнергетики регионов» (СИПР) производится по плановой стоимости 1 МВт·ч (по одноставочному тарифу). Сетевые компании обязаны заключать договоры купли-продажи электроэнергии с инвестором ВЭ, включённым в СИПР до ввода электростанции в эксплуатацию.
Для 23 территориально удалённых энергорайонов в 2020 году Минэнерго России разработало план модернизации неэффективных электростанций с общей установленной мощностью 791 МВт, бóльшая часть (70%) которых находится в Якутии, Камчатском и Красноярском краях, Ямало-Ненецком АО. АНО «Агентство Дальнего Востока по привлечению инвестиций и поддержке экспорта» разработало «Концепцию по привлечению частных инвестиций в развитие распределённой энергетики на изолированных и труднодоступных территориях».
ПАО «РусГидро» в 2020 году организовало конкурс по развитию распределённой энергетики в Якутии на основе энергосервисных контрактов. Его победителем стало ООО «Комплексные энергетические решения». Договор с ним предусматривает строительство шести солнечно-дизельных электростанций общей мощностью СЭС 2,3 МВт.
28 сентября 2021 года Наблюдательный совет Ассоциации «НП Совет рынка» одобрил разработку системы добровольного использования в России различных видов «зелёных» инструментов для подтверждения производимой электроэнергии на основе ВИЭ взамен двухсторонних договоров и сертификатов международной системы I-REC. С 2018 года в России уже заключались подобные свободные двухсторонние договоры — в 2021-м они были подписаны с компаниями Procter & Gamble и ООО «ОХК «Щёкиноазот» (обе располагаются в Тульской области). Потенциальный рынок таких сертификатов оценивается в 224 млн МВт·ч в год.
Перспективы рынка ВЭ в микроэлектрогенерации в ближайшие пять лет оцениваются в 150–200 МВт·ч в год. Федеральным законом «О внесении изменений в Федеральный закон «Об электроэнергетике» в части развития микрогенерации» от 27 декабря 2019 года №471 предусмотрена установка микрогенерации, в том числе на основе ВЭ, у частных и юридических лиц с возможностью продажи излишек электроэнергии в электросети. Постановлением Правительства РФ от 2 марта 2021 года №299 регламентирован механизм реализации этого закона.
Солнечная энергетика
Солнечная энергетика в России развивается по двум основным направлениям: электроэнергетика с прямым преобразованием солнечного излучения в электрическую энергию (фотоэнергетика) и солнечное теплоснабжение. Фотоэнергетика в основном представлена сетевыми солнечными электростанциями (СЭС), автономными и солнечно-дизельными СЭС. Россия имеет также развитую космическую солнечную энергетику. В настоящее время лидером возобновляемой энергетики России является сетевая фотоэнергетика. В статье [2] представлен обзор её развития. На 1 января 2021 года установленная электрическая мощность сетевых СЭС составляла 1700 МВт, а за 2020 год ими было выработано 1,98 ТВт·ч [1]. Основными инвесторами сооружения сетевых СЭС являются ГК «Хевел» (743 МВт), ООО «Солар Системс» (365 МВт), а также ПАО «Т-Плюс» (190 МВт).
Основное производство фотоэлектрических модулей (ФЭМ) ГК «Хевел» организовала в городе Новочебоксарске в Чувашии. В 2020 году этот инвестор построил СЭС общей мощностью 189 МВт, в том числе в Калмыкии — Малодербетовскую СЭС (45 МВт) и третью очередь Яшкульской СЭС (25 МВт), в Саратовской области — Дергачёвскую СЭС (25 МВт), в Бурятии — Торейскую СЭС (45 МВт), в Омской области — Нововаршавскую СЭС (30 МВт). В 2021 году введена в эксплуатацию вторая очередь СЭС «Лукойл — Волгоград нефтепереработка» (20 МВт).
Солнечная электростанция (60 кВт) в селе Батамай (Кобяйский улус, Республика Якутия)
Вторым по объёмам строительства СЭС инвестором в России является ООО «Солар Системс» — производство фотоэлектрических модулей расположено в городе Подольске Московской области. В 2020 году этой организацией были введены в эксплуатацию СЭС общей мощностью 105 МВт, в том числе в Волгоградской области СЭС «Светлая» (25 МВт), СЭС «Лучистая» (25 МВт), СЭС «Астерион» (15 МВт); в Башкирии — Стерлибашевская СЭС (25 МВт); в Ставропольском крае — шестая очередь Старомарьевской СЭС (15 МВт), СЭС «Медведица» (25 МВт). На третьем месте среди инвесторов — ПАО «Т-Плюс». В 2020 году предприятие ввело в эксплуатацию в Оренбургской области СЭС «Сатурн» (30 МВт) с двухсторонними фотоэлектрическими модулями.
В России разработкой ФЭМ в основном занимается Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе (ФТИ, г. Санкт-Петербург). В статье [3] выполнен обстоятельный обзор, в том числе отечественных научных школ и производств ФЭМ в России. Космическая фотоэнергетика имеет свою специфику. НПО «Квант» (г. Москва) и ПАО «Сатурн» (г. Краснодар) в сотрудничестве с ФТИ ведут разработки и изготовление ФЭМ для космической энергетики. Исследованием совместной работы СЭС и энергосистем занимается Институт системных энергетических исследований РАН (ИНЭИ РАН, г. Москва) [4].
Солнечное теплоснабжение в современной России в отличие от советского периода практически не развивается [5]. Установленная мощность гелиоустановок в 2020 году оценивалась в 70 МВт [6]. Исследованиями занимаются Объединённый институт высоких температур РАН (ОИВТ РАН, г. Москва), Лаборатория ВИЭ МГУ им. М. В. Ломоносова (г. Москва), Кубанский государственный аграрный университет (г. Краснодар). Проектирование гелиоустановок в основном ведут ООО «Новый Полюс» (г. Москва) и ООО «Энерготехнологии-Сервис» (г. Краснодар) [6]. Солнечные коллекторы (СК) по полному технологическому циклу, в том числе абсорберы, производит ООО «Новый Полюс». В номенклатуру этого производства входят жидкостные плоские и трубчатые вакуумные, воздушные и комбинированные СК. Второй российский производитель — АО «ВПК «НПО Машиностроения» — в 2020–2021 годах производил сборку жидкостных плоских СК «Сокол-Эффект» из импортных комплектующих с медными и алюминиевыми абсорберами. Монтажом гелиоустановок в основном занимается ООО «Новый Полюс».
Ветроэнергетика
В России в настоящее время развитие получили преимущественно сетевые ВЭС. В небольшом количестве сооружаются ветродизельные станции (ВДС) и малые ветроэлектрические установки (ВЭУ) единичной мощностью до 50 кВт. На 1 января 2021 года суммарная установленная мощность сетевых ВЭС составляла 1030 МВт (рис. 3), а выработка электрической энергии за 2020 год — 1,38 ТВт·ч. Тремя основными инвесторами на рынке ветроэнергетики являются: Фонд развития ветроэнергетики (ФРВ), АО «НовоВинд», партнёрство ПАО «Энел Рус» и компании Siemens Gamesa. Учреждённый УК «Роснано» и ПАО «Фортум» ФРВ взял за основу редукторную схему ВЭУ датской фирмы Vestas и с 2019 года развернул производство гондол в городе Нижний Новгород, лопастей в городе Ульяновске и башен в городе Таганроге.
На 1 января 2021 года ФРВ построил ВЭС общей мощностью 599 МВт. В 2020 году в Ростовской области им были построены Каменская ВЭС (100 МВт), Сулинская ВЭС (100 МВт), Гуковская ВЭС (100 МВт), первая очередь Казачей ВЭС (50 МВт), в Калмыкии — Салынская (100 МВт) и Целинская ВЭС (100 МВт). В 2021 году велось строительство ВЭС в Волгоградской и Астраханской областях общей мощностью 445 МВт. До 2024 года ФРВ планирует строительство ВЭС суммарной мощностью 1800 МВт.
Вторая по объёмам сооружения ВЭС — компания АО «НовоВинд», учреждённая госкорпорацией «Росатом», имеет базовую безредукторную конструкцию датской компании Lageway. АО «НовоВинд» с 2020 года организовало производство генераторов, гондол, ступиц, обтекателей на заводе «Атоммаш» и башен на заводе «Ветростройдеталь» в городе Волгодонске. В 2020 году АО «НовоВинд» построило Адыгейскую ВЭС мощностью 150 МВт, а в 2021 году — самую мощную на 1 октября 2021 года российскую ВЭС — Кочубеевскую в Ставропольском крае мощностью 201 МВт. До 2024 года АО «НовоВинд» планирует сооружение ВЭС суммарной мощностью 1000 МВт.
Третье по объёмам строительства ВЭС — партнёрство ПАО «Энел Рус» и компании Siemens Gamesa — за основу приняло редукторную схему ВЭС Siemens Gamesa и в 2019 году организовало сборочное производство в городе Санкт-Петербурге. На 1 января 2021 года партнёрство построило ВЭС общей мощностью 90 МВт, а до 2024 года планирует сооружение ВЭС общей мощностью 300 МВт.
В северных и труднодоступных районах в составе изолированных энергосистем работают ветродизельные станции (ВДС) [7]. В Камчатском крае на острове Беринга с 1996 года эксплуатируется Никольская ВДС мощностью 550 кВт, на Камчатке работает Усть-Камчатская ВДС мощностью 1175 кВт и с 2013 года — Октябрьская ВДС мощностью 3,3 МВт. На Курильском острове Кунашир с 2015 года успешно эксплуатируется Новиковская ВДС мощностью 450 кВт. В Якутии в посёлке Тикси в 2018 году построена ВДС мощностью 900 кВт.
Всего в изолированных энергосистемах работают сотни малых ВЭУ единичной мощностью менее 50 кВт отечественного и зарубежного производства. В целом, в нашей стране единичные экземпляры ВЭУ разрабатывают и выпускают около десятка частных фирм.
В России выполнены исследования ветроэнергетического потенциала страны. Для сооружения сетевых ВЭС эту работу ведёт в том числе д.т.н. В. Н. Николаев [8]. Для ВДС в Арктике, в условиях ограниченных климатических данных, разработкой арктических ВЭУ занимается д.т.н. В. В. Елистратов [9]. Разработкой малых ВЭУ занимается к.т.н. С. В. Грибков [7]. Исследования работы ВЭС и ВДС в составе энергосистем выполняет д.т.н. П. В. Илюшин [4].
Малая гидроэнергетика
В 2021 году максимальная установленная мощность малых гидроэлектростанций (МГЭС) Распоряжением Правительства РФ увеличена до 50 МВт. В соответствии с данными справочника [10] и «Отчёта о функционировании ЕЭС России», с учётом указанного выше критерия суммарная установленная мощность МГЭС РФ в 2020 году составляла 1182 МВт. В 2021-м велось строительство четырёх МГЭС общей мощностью 70 МВт: Красногорские №№1 и 2 в Карачаево-Черкессии, Псыгансу в Кабардино-Балкарии, Башенная в Чеченской Республики.
Тройку лидеров-инвесторов в 2021 году составили ПАО «РусГидро» (100 МВт), АО «Норд Гидро» (49 МВт), ООО «Южэнергострой» (24 МВт). Проектирование и строительство МГЭС в основном выполняют ПАО «РусГидро» (г. Москва) и ООО «ИНСЭТ» (МНТО ИНСЭТ было основано в 1988 году в г. Санкт-Петербург). С 1993 по 2020 годы эта организация изготовила оборудование и построила 92 МГЭС общей мощностью 23 МВт. В 2021 году ООО «ИНСЭТ» были разработаны технико-экономическое обоснование (ТЭО) МГЭС мощностью 2 МВт на острове Парамушир (Курилы), три проекта МГЭС, введены в эксплуатацию восемь МГЭС.
Малая Зеленчукская ГЭС-ГАЭС на реке Большой Зеленчук (Республика Карачаево-Черкесия)
Геотермальная энергетика
В современной России геотермальная энергетика представлена электрогенерацией, теплоснабжением на основе глубоких (более 400 м) скважин и теплоснабжением с использованием поверхностных геотермальных ресурсов. Петрогеотермальная энергетика с использованием тепла «сухих» горных пород в России не получила распространения.
Для геотермальной энергетики необходимы высокотемпературные пароводяные месторождения, которые в РФ на доступных для эксплуатации глубинах имеются только на Камчатке и на Курильских островах. Там в настоящее время разведаны четыре пароводяных месторождения с утверждёнными запасами 40,7 тыс. м³/сут. Исследованием геотермальных месторождений этого региона занимается в основном Институт вулканологии и сейсмологии Дальневосточного отделения РАН (ИВиС ДВО РАН, г. Петропавловск-Камчатский). В статье [11] этого института дана оценка геотермальных ресурсов, в том числе пароводяных месторождений Камчатки. Исследованием пароводяных геотермальных месторождений и скважин занимается д.т.н. А. Н. Шулюпин из Института горного дела ДВО РАН (г. Хабаровск). Добычу геотермального пароводяного теплоносителя в основном производит на Паужетском месторождении — АО «Тепло Земли» (пос. Елизово, Камчатский край) и на Мутновском — филиал «Возобновляемая энергетика» ПАО «Камчатскэнерго» (г. Петропавловск-Камчатский). В 2020 году в России было добыто 13 млн тонн геотермального пара.
Мутновская ГеоЭС (Камчатский край) — крупнейшая геотермальная электростанция России
В 2021 году в России эксплуатировалось четыре геотермальных электростанции (ГеоЭС) общей установленной мощностью 84 МВт, самой мощной (50 МВт) из которых является Мутновская ГеоЭС на Камчатке. На российских ГеоЭС в основном применяется прямой энергоцикл с непосредственной подачей геотермального пара в турбины. По итогам 2020 году суммарная выработка электрической энергии всеми российскими ГеоЭС составила 427 ГВт·ч/год. На Паужетской ГеоЭС построен, но не введён в эксплуатацию бинарный энергоблок мощностью 2,5 МВт. Исследованием геотермальной энергетики в основном занимается ООО «Геотерм-М» (г. Москва) — разработчик технологии и проектов Мутновской и Верхне-Мутновской ГеоЭС, Паужетского бинарного энергоблока [12] — и Институт вулканологии и сейсмологии. Сопровождение эксплуатации оборудования ГеоЭС ведёт его изготовитель — Калужский турбинный завод (КТЗ).
Высокотемпературное геотермальное теплоснабжение в системах теплоснабжения, как правило, подразумевает применение теплоносителя с температурами более 70°C. В России разведано 62 высокотемпературных геотермальных месторождений с запасами 268 тыс. м³/сут. на Камчатке, в Дагестане, Адыгее, в Краснодарском, Ставропольском краях. Эти месторождения были разведаны и разбурены в советское время. В наши дни разведку новых месторождений продолжает АО «Тепло Земли» на Камчатке. Исследования водяных геотермальных месторождений выполняют АО «Тепло Земли» (Камчатка, Курилы), Институт проблем геотермии и возобновляемой энергетики (ИПГ и ВЭ) — филиал ОИВТ РАН (г. Махачкала). Владеют лицензиями на разработку и эксплуатацию месторождений на Камчатке — АО «Тепло Земли», в Дагестане — ООО «Геоэкопром» (г. Махачкала), в Краснодарском, Ставропольском краях и в Адыгее — АО «Нефтегазгеотерм» (пос. Мостовской, Краснодарский край). В 2020 году из 161 скважины этих месторождений было добыто 35 млн м³. Способ добычи — фонтанный.
В 2020 году в Росси эксплуатировались геотермальные системы теплоснабжения с общей установленной тепловой мощностью 110 МВт, с реализацией тепловой энергии 280 МВт·ч/год. В этих системах работали 20 термораспределительных станции (ТРС), а общая протяжённость тепловых сетей составила 280 км. ТРС выполнены в основном по одноконтурной схеме. Исследованиями, разработкой и сопровождением эксплуатации геотермальных систем теплоснабжения занимаются ООО «Геотерм-М» и ООО «Энерготехнологии-Сервис» (г. Краснодар).
Геотермальное теплоснабжениес тепловыми насосами (ТН). Поверхностные геотермальные ресурсы нашей страны с глубиной скважин до 400 м и с температурами до 50°C во второй половине XX века были исследованы д.г.-м.н. Ю. Д. Дядькиным и д.т.н. Э. И. Богуславским. В книге [13] приведены обзорные карты территории страны и распределение температур на глубинах от 40 до 200 м. Там же предоставлена методика определения количества тепловой энергии, поступающей к скважинам поверхностной геотермии. В работе [14] д.т.н. Г. П. Васильевым изложен метод математического моделирования тепловых режимов неглубоких скважин.
В статье [15] представлен анализ технологий геотермального теплоснабжения в России. Относительно низкие температуры грунтов на глубинах до 400 м обуславливают необходимость применения ТН. Однако в условиях отсутствия государственной поддержки в настоящее время в России нет полноценного рынка геотермальных тепловых насосов. Их установкой и сооружением скважин занимается около 50 частных предприятий, а статистика их эксплуатации отсутствует.
Ассоциация «Зелёный киловатт» в работе [16] представила перечень объектов с успешно работающими геотермальными теплонасосными системами. В 2021 году компания «Термекс» (г. Тосно, Ленинградская область) приступила к производству геотермальных тепловых насосов мощностью до 56 кВт.
Биоэнергетика
Федеральный закон «Об электроэнергетике» №35-ФЗ (в редакции от 29 декабря 2017 года) предусматривает использование ВИЭ, в том числе: биомассы, включающей в себя специально выращенные для получения энергии растения (в том числе деревья), а также отходы производства и потребления, за исключением отходов, полученных в процессе использования углеводородного сырья и топлива; биогаз; газ, выделяемый отходами производства и потребления на свалках таких отходов; газ, образующийся на угольных шахтах.
В Минэнерго РФ с 2001 по 2010 годы д.т.н. П. П. Безруких на основе статотчётности по форме №6-ТП Росстата велась работа по обобщению опыта, в том числе электрои теплогенерации на основе сжигания биомассы. В 2002 году в России работали 24 электростанции с совместным использованием биомассы и ископаемого топлива суммарной установленной мощностью 1367 МВт, при этом 607 МВт из них работали на биомассе с выработкой 2426 млн кВт·ч/год электрической и 12,4 млн МВт·ч/год тепловой энергии.
В новом «Плане развития возобновляемой энергетики до 2035 года» («ДПМ ВИЭ 2.0″), утверждённом Постановлением Правительства РФ от 1 июня 2021 года №1446, не установлены задания по генерации электроэнергии на основе биомассы. По результатам 2020 года Ассоциация «НП Совет рынка» (np-sp.ru) привела данные выработки электроэнергии на БиоЭС — 65,2 ГВт·ч/год, в том числе на основе биомассы и её отходов — 39,03 ГВт·ч/год; биогаза — 25,06 ГВт·ч/год; свалочного газа — 1,15 ГВт·ч/год.
По установленной мощности БиоЭС обобщённые данные в настоящее время отсутствуют. На 1 октября 2021 года в перечне квалифицированных объектов Минэнерго России, работающих на основе биомассы и отходов, была указана только мини-ТЭЦ «Белый Ручей» в Вологодской области установленной электрической мощностью 6 МВт и тепловой — 49 МВт (отходы древесины). С 2009 года в городах Морозовск и Миллерово Ростовской области работают две мини-ТЭЦ мощностью по 6 МВт с сжиганием лузги подсолнечника. В указанном перечне Минэнерго приведены данные только двух БиоЭС с сжиганием биогаза. Работающая с 2012 года биогазовая станция (БГС) «Байцуры» мощностью 1 МВт построена в селе Грузкое Белгородской области. В той же области в Лучковском сельском поселении работают две БГС мощностью 3,6 МВт. В числе квалифицированных объектов также БиоЭС на свалочном газе полигона ТБО в посёлке Новый Свет Ленинградской области.
Для теплоснабжения в России используются в основном следующие виды биомассы: дрова, отходы древесины и сельскохозяйственного производства. Согласно «Стратегии развития лесного комплекса РФ до 2030 года» (Распоряжение Правительства РФ от 1 февраля 2021 года №312), в 2019 году в стране было заготовлено 14 млн плотных кубометров дров, что эквивалентно количеству тепловой энергии 29 тыс. кВт·ч/год. По данным О. Ракитовой [17], из общего количества отходов лесозаготовки (23 млн тонн) и деревопереработки (20 млн тонн) для использования в теплоснабжении актуальны топливная щепа, топливные брикеты и пеллеты (топливные гранулы). Топливная щепа в России пока не получила широкого применения. Производством топливных брикетов в 2019 году в России занимались 280 предприятий с годовым объёмом производства 450 тыс. тонн (при внутреннем потреблении 230 тыс. тонн), что эквивалентно 748 ГВт·ч/год.
Пеллеты (топливные гранулы) в 2019 году в России производились на 300 заводах в объёме 1,9 млн тонн (в 2020 году — 2,2 млн тонн) при внутреннем потреблении не более 5%. Общее годовое количество тепловой энергии пеллет оценивается в 88 ГВт·ч/год. Таким образом, суммарное количество тепловой энергии при сжигании дров, топливных брикетов и пеллет в 2019 году составило 29836 ГВт·ч/год, при этом доля дров — 97%.
Крупнейшие котельные на древесных отходах работают на заводах швейцарской фирмы Swiss Krono в посёлке Ветлужный Шарьинского района Костромской области мощностью 96 МВт и шведской фирмы IKEA в деревне Подберёзье Новгородской области мощностью 85,5 МВт [18].
Наибольшее количество котельных на дровах и отходах работают в Архангельской области. В 2019 году, по данным интернет-ресурса infobio.ru, там эксплуатировались 650 котельных установленной мощностью 3000 МВт (100%), в том числе 420 на дровах общей мощностью 1110 МВт (37%), в которых ежегодно сжигалось 260 тыс. тонн топлива. В этом регионе работает самая мощная в России пеллетная котельная в посёлке Катунино Приморского района мощностью 20 МВт. Древесное топливо активно используется в соседних с Архангельской областью Карелии, в Вологодской, Ярославской и Костромской областях. В посёлке Импилахти в Карелии ООО «Сетлес» с 2007 года эксплуатирует котельную со сжиганием древесной коры мощностью 10 МВт с котлами финской компании «Вяртелла». В Хабаровском крае из 400 муниципальных котельных на древесине работают 60 котельных (15%) общей мощностью 107 МВт.
В России технологии сжигания дров и древесных отходов развивались с 1930-х годов в основном двумя научными центрами: Всероссийский теплотехнический институт (ныне ОАО «ВТИ», г. Москва) и Центральный научно-исследовательский и проектно-конструкторский котлотурбинный институт им. И. И. Ползунова (ныне НПО «ЦКТИ», г. Санкт-Петербург). Там были разработаны конструкции котлов с неподвижными и механическими колосниковыми шахтными топками и с факельным сжиганием измельчённого топлива. В этих котлах в основном применяются две технологии: прямого сжигания и пиролиза.
Рис. 4. Установленные мощности и выработка электроэнергии в 2020 году в РФ на основе ВИЭ
В 2021 году в стране котлы на дровах, пеллетах, брикетах, древесных отходах производились десятком заводов. Например, компания «Автоматик-Лес» (г. Ковров, Владимирская область) выпускает котлы на опилках, щепе, коре и древесных отходах тепловой мощностью от 200 кВт до 10 МВт; пеллетные автоматизированные котлы мощностью от 15 до 250 кВт, самоочищающие пеллетные горелки. На рис. 4 и 5 представлены значения мощностей и выработанной годовой энергии электрои теплогенерацией России в 2020 году.
Рис. 5. Установленная мощность и выработка тепловой энергии в 2020 году в РФ на основе ВИЭ
Выводы
1. Российский рынок ВЭ в области электрогенерации создан в основном мерами государственного стимулирования по программе «ДПМ ВИЭ 1.0″. В новом плане «ДПМ ВИЭ 2.0″, как и в предыдущем, до 2035 года предусмотрено развитие только СЭС, ВЭС и МГЭС. В то же время в России успешно работают несколько ГеоЭС, стоимость электроэнергии которых вдвое ниже топливных ТЭС (Мутновская ГеоЭС на Камчатке). Там же разведаны перспективные геотермальные месторождения, выполнены проекты новых ГеоЭС. В настоящее время в стране отсутствует рынок теплоснабжения с использованием ВИЭ, меры господдержки не разработаны. При больших объёмах сжигания древесины и её отходов для теплоснабжения отсутствует программа развития этого направления. Созданное в России пеллетное производство ориентировано на импорт, а цены на его продукцию неконкурентные в большинстве регионов страны. В России исследования по проблемам комплексного использования ВИЭ в народно-хозяйственном комплексе практически не ведутся.
2.Солнечная энергетика в России представлена в основном сетевыми СЭС. Их установленная мощность в 2020 году составила 1,7 ГВт, а выработка 1,98 ТВт·ч/год. Россия сохранила свои компетенции в космической солнечной энергетике. Продолжается строительство ФЭС в изолированных северных и в дальневосточных энергорайонах. Основными инвесторами сооружения сетевых СЭС являются ГК «Хевел» (189 МВт в 2020 году) и ООО «Солар Системс» (105 МВт в 2020 году). Каждый из них имеет в России производство ФЭМ на основе кристаллического кремния. Солнечное теплоснабжение представлено небольшим количеством эксплуатируемых гелиоустановок. Отсутствует серийное производство солнечных коллекторов.
3. Ветроэнергетика в России уже два года является лидером по темпам развития ВЭ. Установленная мощность всех ВЭС на 1 июля 2021 года составила 1030 МВт, а выработка электрической энергии за 2020 год — 1380 ГВт·ч/год. Рынок ветроэнергетики освоен в основном тремя инвесторами: ФРВ, АО «НовоВинд», партнёрством ПАО «Энел Рус» и фирмы Siemens Gamesa. В основе конструкций ВЭУ — решения западноевропейских лидеров ветроэнергетики. Применяются как редукторные, так и безредукторные схемы ВЭУ. Каждый из указанных инвесторов построил в России заводы, а степень локализации производства в 2021 году достигла 70%. В стране в изолированных энергосистемах ограниченное применение получили ветродизельные станции. При большой потребности северных районов в ВЭУ в 2021 году они не получили широкого применения. Российские разработчики и производители малых ВЭС разобщены, отсутствует серийное производство. Актуальны исследования результатов эксплуатации сетевых ВЭС.
4. Россия имеет многолетний опыт разработки, строительства и эксплуатации малых гидроэлектростанций (МГЭС) а также производства оборудования для них. Основным фактором, препятствующим их дальнейшему развитию, является преобладание в общей стоимости проектных и строительно-монтажных работ. Дополнительное стимулирование по программе «ДПМ ВИЭ 2.0″ уже привело в 2021 году к увеличению инвестиций в сооружении МГЭС общей мощностью 214 МВт.
5. В основе развития геотермальной энергетики разведанные четыре пароводяных месторождения с запасами 40,7 тыс. м³/сут. и 62 геотермальных водяных — с запасами 268,2 тыс. м³/сут. Из 161 скважины в 2020 году были добыты 13 млн тонн геотермального пара и 35 млн м³ воды. Установленная мощность четырёх ГеоЭС составила 84 МВт, а выработка ими электрической энергии в 2020 году — 427 ГВт·ч/год. Геотермальное теплоснабжение при установленной мощности 110 МВт в 2020 году обеспечило выработку 280 ГВт·ч/год тепловой энергии. В 2020–2021 годах геотермальная энергетика продолжала использовать советские научные и инженерные разработки. Разведка новых геотермальных месторождений не ведётся. В программе «ДПМ ВИЭ 2.0″ до 2035 года не предусмотрено строительство новых ГеоЭС, отсутствуют меры по развитию геотермального теплоснабжения.
6. При отсутствии господдержки биоэнергетики в планах «ДПМ ВИЭ 1.0/2.0″ выработка электрической энергии БиоЭС в 2020 году составила 65,2 ГВт·ч/год, в том числе на основе биомассы и её отходов — 39,03 ГВт·ч/год, биогаза — 25,06 ГВт·ч/год, свалочного газа — 1,15 ГВт·ч/год. Выработка тепловой энергии на основе биомассы в объёме 29836 ГВт·ч/год в 2019 году в основном производилась при сжигании дров (29 тыс. ГВт·ч/год), топливных брикетов 450 ГВт·ч/год, пеллет — 88 ГВт·ч/год. В России имеется многолетний опыт исследования топочных процессов при сжигании дров и древесных отходов. Десятки заводов производят такие котлы и вспомогательное оборудование, в том числе пеллетные котлы и пеллетные горелки.