Гидроаккумулирующая станция Grimselwelt расположена на высоте более 2000 метров.
В Швейцарии разгорается дискуссия об «Обществе 2000 ватт». Речь идет о снижении энергопотребления на человека в год до 2000 Вт. Другими словами, до уровня 1960 года, поскольку сейчас потребляется каждым жителем в среднем около 6000 Вт в год. Для сравнения можно сказать, что в США нынешнее потребление энергии составляет более 10 тыс. Вт на человека. Ну а в Африке и в Индии порядка 500 Вт. При этом человек должен пользоваться всеми теми благами цивилизации, которые он получил в ХХI веке. Сейчас с учетом принятия многими странами мира идеи Парижского соглашения по климату эта цель дополнена идеей сокращения выбросов двуокиси углерода до 1 т на человека в год. Добиться этих целей предполагается методами повышения уровня энергоэффективности.
Собственно говоря, эта идея родилась как энергополитическая модель в Высшей технической школе города Цюриха еще в 1998 году. В ее основе лежали научные исследования швейцарского ученого Пауля Кессельринга, который считал, что среднее потребление энергии в мире не должно превышать 2000 Вт на человека, и, таким образом, за счет снижения энергопотребления в промышленно развитых странах и повышения его уровня в развивающихся странах в мире должна быть установлена энергетическая справедливость. Впрочем, отцом этой идеи некоторые называют американского социолога Морриса Дэвида Морриса, работавшего в том числе и в Вашингтонском университете, который в 1978 году в произведении «Physical Quality of LifeIndex» впервые в мире указал на связь между энергопотреблением и уровнем жизни. Конкретно в Швейцарии под цифрой 2000 Вт понимают следующее. Это означает, что энергопотребность каждого швейцарца должна соответствовать среднему показателю в 2000 Вт на уровне первичного энергоносителя, так называемые 2000 Вт (2 килоджоуля в секунду). Они соответствуют потреблению в год 17 520 кВт-ч на человека.
Надо отметить, что в 70-е годы прошлого века в СССР тоже были в моде диссертации на эту тему. Не избежал этого соблазна и я, являясь аспирантом Московского инженерно-экономического института – сегодня Академия управления.
Только тогда, когда эти исследования приняли прикладной характер, идея «Общества 2000 ватт» стала активно обсуждаться в Швейцарии. Это случилось уже в начале нынешнего столетия. Дискуссия относительно практических шагов по снижению уровня энергопотребления ведется в Швейцарии уже почти десятилетие. В 2008 году в ряде крупнейших коммун страны прошли голосования по поводу энергополитической концепции будущего, и эта концепция была принята подавляющим большинством голосов. Например, в Цюрихе за нее проголосовало более 76,4% жителей города. Здесь есть смысл напомнить о швейцарской демократии, в которой волеизъявление населения имеет решающее значение для принятия тех или иных законов. И это решение ввиду отсутствия Конституционного суда, который мог бы интерпретировать текст Конституции, является окончательным.
Энергетическая ситуация в Швейцарии
С моей точки зрения, появление идеи «Общества 2000 ватт» в первую очередь связано с непростой энергетической ситуацией в стране. Дело в том, что Швейцария бедна полезными ископаемыми. Поэтому практически более 90% электроэнергии в стране производится атомными и гидроэлектростанциями. В том числе АЭС – около 40%. А гидроаккумулирующими станциями (ГАЭС) – более 30% и ГЭС – более 20%.
В 2011 году после фукусимской катастрофы в Японии Федеральный совет (правительство) и парламент Швейцарии приняли решение об отказе от замены отслуживших свой срок и выведенных из эксплуатации блоков АЭС новыми. Всего в Швейцарии действуют четыре АЭС с пятью энергоблоками. Они являются, как правило, акционерными обществами, и ими владеют энергетические компании Axpo, Alpiq, BKW, CKW, SBB, а также некоторые более мелкие фирмы, принадлежащие кантонам.
Дом нулевого энергопотребления. Фото автора |
В сентябре 2016 года парламент принимает пакет по Энергостратегии 2050, предусматривающий в том числе и реализацию концепции «Общество 2000 ватт». Однако принятая стратегическая линия развития энергетики страны до 2050 года вызвала протесты в обществе в связи с отсутствием в ней решения по немедленному выходу из атомной энергетики. Уже в ноябре 2016 года было создано движение «Народная инициатива», потребовавшее ограничения срока службы АЭС 45 годами. За этой инициативой, по сообщениям швейцарской прессы, стояла местная партия Зеленых. С учетом того, что АЭС в Швейцарии работают уже почти 40 лет, фактически это было требование выхода из атомной энергетики уже через пять лет. Развернувшиеся дискуссии, в том числе по этому вопросу, привели к значительному напряжению в обществе. По швейцарским законам такие конфликты принято решать на всенародных референдумах (которые, кстати, могут проводиться не более четырех раз в год). В мае с.г. в Швейцарии состоялся референдум по «Стратегии 2050», и отдельной строкой в вопросах, на которые должны были ответить граждане страны, был поставлен по требованию «народной инициативы» раздел по ограничению срока службы АЭС 45 годами. Этот требование было отклонено 54,2% голосовавших. Правда, в ряде российских и иностранных массмедиа это решение подавалось как «выход из атомной энергетики». К моему удивлению, тот же подход я обнаружил во время дискуссии с представителями швейцарской коммунальной компании SIG, которая обслуживает 250 тыс. клиентов в кантоне Женева, обеспечивая их электроэнергией, теплом, газом и водой. Компания также предоставляет услуги в энергетической и телекоммуникационной сферах, осуществляет очистку сточных вод и переработку отходов. Как отметили Жиль Гарази, директор отдела транспортировки энергии, и
Стефан Марэ, директор отдела по управлению сетевыми комплексами, в Швейцарии имеется специализированная федеральная инспекция по ядерной безопасности (IFSN). Ее эксперты могут выставить дополнительные требования по безопасности, которые окажутся владельцам не по карману. У меня создалось впечатление, что на сегодня это единственная надежда противников атомной энергетики в Швейцарии. Однако противники атомной энергетики несколько упрощенно понимают все последствия выхода из атомной энергии. Отличительная особенность ядерных энергетических установок состоит в том, что и после прекращения их эксплуатации требуются значительные и длительные расходы на их содержание. При этом опыта в проведении подобных работ в мире накоплено не так много – и из-за относительной молодости отрасли, и из-за тенденции как в России, так и за рубежом продлевать срок службы старых реакторов. В оценке стоимости вывода АЭС из эксплуатации главная сложность возникает из-за того, что все существующие работы по декомиссии реакторов по факту стоили гораздо дороже, чем планировалось изначально. Как и в случае с капитальными затратами, стоимость вывода АЭС из эксплуатации растет с течением времени из-за новых экологических требований и требований по обеспечению безопасности.
Например, в 1980-х годах Массачусетский технологический институт рассчитывал, что стоимость декомиссии составляет 10–15% от капитальных затрат на строительство. Тем не менее опыт закрытия АЭС Янки (Yankee) в штате Массачусетс, как пишет издание Bulletin of the Atomic Scientists, показал, что реальность в разы отличается от прогнозов: вывод из эксплуатации АЭС, построенной в 1960-х годах за 39 млн долл., занял 15 лет и стоил порядка 608 млн долл., то есть в 15 раз больше. Обеспечение безопасности отработавшего ядерного топлива, все еще хранящегося на территории АЭС из-за отсутствия пункта постоянного размещения, обходится в 8 млн долл. ежегодно, и сколько еще лет потребуются такие затраты – неизвестно. По оценкам Дэвида Лохбаума из Союза обеспокоенных ученых (Union of Concerned Scientists), даже без этих расходов отправить на покой ядерный реактор стоит сегодня в среднем 500 млн долл. Так что скорее модернизация АЭС может оказаться дешевле, чем их ликвидация. Конечно, если государcтво не возьмет эту заботу на себя.
Центр Цюриха всегда привлекает горожан и туристов.
Фото автора |
Читатель может спросить меня, почему я так много внимания уделяю данному вопросу? Это связано с тем, что Швейцария покупает ядерное топливо на мировом рынке, в том числе и у России. А современное ядерное топливо представляет собой сложные технологические изделия ТВЭЛы, и их поставки являются, по существу, экспортом российского ноу-хау за рубеж.
Но Швейцария входит в единый европейский энергетический рынок (пока с определенными ограничениями), и тем не менее ей приходится конкурировать с производителями энергии из других стран, прежде всего Германии, Италии, в которых активно развивается солнечная и ветровая генерация, и Франции. Все потребители электроэнергии в Швейцарии делятся на крупных, потребляющих более 100 тыс. кВт-ч в год, и остальных. К ним относятся, как правило, коммунальные предприятия и рядовые потребители (их насчитывается примерно 4 млн). Они пока обязаны покупать электроэнергию у швейцарских производителей. С 2009 года крупные потребители имеют право покупать электроэнергию на свободном европейском рынке. По некоторым данным (швейцарское телевидение SRF), каждый второй крупный потребитель покупает электроэнергию на европейском рынке. И это обстоятельство обернулось для производителей электроэнергии в самой Швейцарии большой проблемой. Дело в том, что производство электроэнергии для швейцарских АЭС, ГАЭС и ГЭС становится нерентабельным из-за политики соседних стран (и прежде всего Германии) по субсидированию «зеленой энергетики». Наиболее яркий пример в этом плане – гидроаккумулирующая станция KWO Grimselwelt.
На высоте 2000 м я с другими коллегами из российской делегации, приехавшими по приглашению швейцарского посольства для ознакомления с решениями проблемы повышения уровня энергоэффективности, встретились с вице-директором KWO Джан Марко Майером. По его словам, в Германии возник огромный рынок субсидирования ветровой энергетики, и это делает производство электроэнергии на швейцарских ГЭС нерентабельным. Он подтвердил сообщения печати, что крупные швейцарские потребители у себя дома электроэнергию не покупают. Пока выживают такие производители, как KWO, благодаря особой структуре акционеров данной компании. Она принадлежит таким коммунам, как Берн, Цюрих и некоторым другим, и поставляет всю производимую на гидроэлектростанциях электроэнергию этим городам. В свою очередь, коммуны финансируют деятельность этой компании (за счет налогов с рядовых потребителей). Но после 2020 года Швейцария должна будет полностью присоединиться к европейскому энергорынку, и последствия этого шага будут нелегкими для местных генерирующих компаний. На сайте KWO в этой связи содержится указание, что в будущем «компания должна стать меньше и меньше стоить». В качестве причины таких шагов называются изменения на международном энергорынке и давление, которое в связи с этим оказывается на экономические показатели компании.
Надо также учитывать, что Швейцария благодаря своему географическому положению, участвуя в общеевропейском энергетическом рынке, превращается в своего рода хаб по торговле электроэнергией. Через нее проходит обмен электроэнергией 34 стран Европы. В годовом разрезе баланс для Швейцарии выглядит негативным. Страна вынуждена покупать зимой за рубежом больше электроэнергии, чем продавать летом другим странам.
С точки зрения реальности достижения к 2050 году «Общества 2000 ватт» в самой Швейцарии существуют большие сомнения. Не так давно известная швейцарская газета Neue Zuericher Zeitung отмечала, что путь к «Обществу 2000 ватт» достаточно долог и вряд ли он достижим к 2050 году. Что касается городских властей Цюриха, то скорее всего к 2050 году уровень потребления будет составлять, по мнению экспертов, только 3500 Вт. И это связано в первую очередь с недостаточными усилиями по дальнейшей экологизации электроэнергетики. Ведь пока солнечная энергия покрывает лишь 0,76% всего швейцарского энергопотребления, а ветер вообще лишь 0,04%. Главную долю из 23% возобновляемой энергии, покрывающей энергопотребности швейцарцев, составляет энергия воды. (Все данные приведены по состоянию на 2015 год.)
Под этим углом зрения стремление к энергоэффективности становится вполне обоснованным и с чисто экономической точки зрения. Какие же отрасли наиболее энергоэффективны, с точки зрения самих швейцарцев?
Варианты энергоэффективного развития
В Швейцарии мое внимание привлек энергоэффективный дом, или дом с нулевым потреблением энергии. Этот дом создан компанией Umwelt Arena Spreitenbach в городке Брютен (Bruetten). Сами швейцарцы позиционируют его как первый многоквартирный энергоэффективный дом в мире. В чем его особенности? Во-первых, солнце представляет собой единственный внешний источник энергии. В доме нет никаких соединений с внешней энергосетью. Нет никаких подводов внешних энергоносителей к дому, будь то мазут, газ, древесина или электроэнергия. Живущие в доме имеют в своем распоряжении только столько энергии, сколько сам дом в состоянии произвести и сохранить.
Как на крыше дома (площадь крыши 512 кв. м), так и на фасаде размещены солнечные панели. Солнечная энергия превращается в электрический ток, который может быть накоплен и в течение нескольких дней служит энергорезервом для обитателей дома. Применяемые солнечные панели фирмы ABB позволяют в течение часа в летнее время, пока светит солнце, запастись таким количеством энергии, которое позволит обеспечить дом энергией на целый день.
В качестве накопителей электроэнергии применяется водород, накопленная энергия которого может превращаться через топливные элементы в электроэнергию и тепло. Правда, надо учесть, что мягкая зима требует использования таких запасов только 25 дней в году – в течение декабря-января. Существуют две системы использования солнечной энергии. В одном случае избыток произведенной энергии поступает в единую городскую энергосистему. Во втором случае (и это случай в Брютене) домовая энергосистема работает автономно, и избыток накапливается.
Но в таких проектах важны детали, поскольку сейчас и в России можно купить и установить солнечные панели на крышу своей дачи. Это, однако, не превращает ее в дом с нулевым потреблением энергии.
Прежде всего надо сказать, что для такого автономного энергоэффективного дома важна его архитектура. Здание состоит из нескольких фронтальных сегментов. Оно облицовано солнечными матовыми панелями без каких-либо бликов. В доме нет никаких козырьков и навесов. Водостоки устроены позади фасадов, а лоджии встроены во внутренний объем дома.
На крыше швейцарского дома размещены солнечные модули с монокристаллическими ячейками типа MegaState II с мощностью 160 Вт на 1 кв. м. Крыша производит порядка 65 000–75 000 кВт-ч. Покрытый солнечными панелями фасад (485 кв. м) производит 25 000–30 000 кВт-ч.
Элементы постройки, обеспечивающие максимальное энергосбережение.
Схема из каталога Umwelt Arena |
Дом должен не только производить энергию, но и сохранять ее. Швейцарцы различают короткое накопление электроэнергии и накопление для длительного хранения. Короткое накопление означает, что солнечная электростанция производит электроэнергию днем, а то, что не потребляется, идет на накопление. Уровень самообеспечения без накопителя обычно составляет 30%, а с накопителем для короткого по времени хранения – от 60 до 80%. Для таких накопителей лучше всего подходят аккумуляторы. Предполагается, что аккумулятор должен покрывать в случае необходимости все потребности потребителей в электроэнергии в течение 2–3 дней. В данном проекте применяется аккумулятор емкостью 192 кВт-ч (брутто). Избыточная электроэнергия направляется на краткосрочное хранение в литий ионные (литий–железо–фосфатные) аккумуляторы емкостью 192 кВт-ч. Максимальный избыток электричества, возникающий в летнее время года, идет на длительное хранение. Для более длительных периодов перерыва в поступлении тока от домовой солнечной электростанции применяется накопитель электроэнергии на водороде. Поступающая от солнечной электростанции энергия используется для электролитической диссоциации воды на кислород и водород. Благодаря электрохимическому процессу (электролизу воды) создается водород, который при давлении накапливается и хранится в специальных емкостях общим объемом 120 куб. м под давлением до 30 атм. Технология, которая называется «энергия-газ» (Power-to-Gas), применяется для временного хранения избыточной электроэнергии, вырабатываемой на основе использования энергии солнца и ветра, в газообразном состоянии. Впоследствии из водорода с помощью топливного элемента производится электроэнергия (и тепло). В отличие от современных батарейных систем хранения такие водородные накопители могут сохранять большие, практически неограниченные объемы энергии в течение длительного времени. Он может быть в случае необходимости преобразован в постоянный электрический ток.
Тепло же для дома производится с помощью геотермального теплового насоса мощностью 28 кВт (два зонда, по 338 м вглубь каждый). В подвале расположены емкости для хранения тепла (2 х 125 куб. м), изолированные XPS толщиной 200 мм. Горячая вода для домашнего использования производится самым чистым способом – проточным, с помощью модулей свежей воды.
Собственно говоря, применение геотермии для отопления известно и в России. Причем речь идет не о Камчатке, а о Москве. «НГ-энергия» подробно освещала эту тему в 2014 году (http://www.ng.ru/ng_energiya/2014-12-09/14_gkx.html). В статье отмечалось, что в Москве еще в 2000 году был сооружен «Дом возобновляемой энергии». Это сооружение представляет собой не просто офисное здание. Это действующая выставка энергосберегающих технологий и технологий ВИЭ в черте города. ДВЭ демонстрирует существенное сокращение потребления энергии на отопление, освещение и кондиционирование за счет энергосберегающих мер, а также максимально возможное использование ВИЭ для удовлетворения энергетических потребностей. В здании реализованы следующие технические решения по энергосбережению: теплоизоляция фасада и крыши, двойное остекление, экономичные системы освещения, вентиляция с рекуперацией тепла, система отопления на пеллетах, система солнечного теплоснабжения и адсорбционная система солнечного кондиционирования, геотермальное теплоснабжение и кондиционирование. К сожалению, данный опыт еще не получил в России широкого распространения, хотя с момента его строительства и прошло почти 10 лет.
Подобный проект, как московский ДВЭ, на мой взгляд, крайне актуален для России. В этой связи стоит напомнить, что на днях в Калининградской области прошло выездное расширенное заседание комитета Государственной думы РФ по энергетике, в ходе которого его члены, а также представители Минэнерго РФ, компании «Россети» и ряда других энергетических компаний ознакомились с исполнением поручения президента России и реализацией «дорожной карты», утвержденной правительством России, «Об обеспечении энергоснабжения Калининградской области и объединенной энергетической системы (ОЭС) Северо-Запада». Как известно, в настоящий момент усилия федеральных и региональных властей совместно с энергетиками направлены на модернизацию и развитие энергосистемы Калининградской области для обеспечения достаточного объема мощности для существующих и перспективных нужд потребителей, повышения энергобезопасности и исключения рисков блэкаута, даже в случае выхода прибалтийских государств из проекта БРЭЛЛ (энергокольцо БРЭЛЛ состоит из параллельно работающих энергосистем Белоруссии, РФ, Эстонии, Латвии и Литвы) и перехода российского анклава на изолированную работу. В последнем случае применение энергоэффективных домов может стать наиболее подходящим решением для Калининградской области.
Что же мы могли бы взять на вооружение еще из швейцарского опыта энергоэффективности?
Роль приборов учета
В один из последних дней летней сессии российского парламента Комитет по энергетике Госдумы провел круглый стол на тему «О совершенствовании систем учета электрической энергии (мощности) в рамках обсуждения проекта Федерального закона № 139989-7 «О внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации в связи с развитием систем учета электрической энергии (мощности) в Российской Федерации».
Открывая мероприятие, председатель комитета Павел Завальный подчеркнул, что без создания достоверной и полной системы учета сложно добиться снижения потребления и повышения эффективности использования энергоресурсов, решения проблемы неплатежей за энергоресурсы. Также без нее невозможно внедрение в распределительных сетях SMART GRID, так как в этих системах именно приборы учета являются одним из важнейших элементов управления. Излишне говорить, что развитие интеллектуальных систем учета отвечает поставленным президентом России задачам по переходу к цифровой экономике и дает новый импульс развитию отечественных высокотехнологичных производств и программных продуктов.
Текущее состояние учета электроэнергии в РФ, несмотря на высокую оснащенность потребителей приборами учета электроэнергии (более 97%), не позволяет достоверно определять объемы взаимных обязательств между участниками рынков электроэнергии, между ними возникают многомиллиардные разногласия. Приборы учета принадлежат десяткам миллионов собственников, которые используют более 300 видов счетчиков различных поколений и производителей, и менее 9% этих счетчиков отвечают современным требованиям к интеллектуальному учету электроэнергии.
Как известно, заместитель директора департамента Министерства энергетики РФ Виталий Недорезов представил законопроект, целью которого является принятие двух основополагающих решений, которые должны существенно ускорить процесс развития интеллектуального учета электроэнергии и в целом инновационных технологий в отрасли.
Во-первых, это закрепление понятийного аппарата, введение понятия «интеллектуальные системы учета электрической энергии» (ИСУ). Сегодня развитие ИСУ идет фактически вне законодательных рамок.
Во-вторых, принятие закона позволит наделить правительство РФ полномочиями по утверждению состава и правил предоставления минимального функционала интеллектуальных систем учета электрической энергии территориальными сетевыми организациями (ТСО).
Законопроект предписывает ТСО, начиная с 1 июля 2018 года, устанавливать только такие приборы учета электрической энергии, которые будут обеспечивать этот минимальный функционал интеллектуальных систем. При этом законопроект не подразумевает установление запрета на создание и использование обычных систем учета, то есть сохраняет существующий рынок средств измерения электрической энергии.
Однако, по мнению участников круглого стола, отсутствие такого запрета является скорее не достоинством, а недостатком проекта. То, что документ не подразумевает введения ограничений на создание и использование обычных систем учета, то есть не ограничивает иных субъектов розничных рынков электроэнергии в праве выбора, не позволит обеспечить эволюционное внедрение интеллектуальных систем, сохранит «лоскутность» всей системы и неопределенность ситуации.
Давайте посмотрим, как решается проблема учета потребления энергии в рассмотренном выше швейцарском энергоэффективном доме.
Главный принцип состоит в том, что проживающий в доме должен сам определять уровень своего энергопотребления. Вся применяемая в доме техника управляется автоматической системой и может регулироваться с помощью гаджета в каждой отдельно взятой квартире. Речь идет о примененной системе компании ABB, которая называется Free@home. На гаджете имеется кнопка Goodbye, с помощью которой все неиспользуемые приборы в домашнем хозяйстве просто отключить, например, когда покидаешь квартиру.
На гаджете проживающий в доме всегда может определить уровень энергопотребления в своей квартире, который разделен по категориям «электроэнергия», «теплая вода» и «обогрев». Таким образом, можно не только регулировать собственное энергопотребление по дням, но даже планировать его, исходя из показаний гаджета. Если в один день было много потреблено, то на следующий день уровень потребления можно снизить. Расчет индивидуального энергопотребления следует в конце месяца. Перерасход энергии отражается на кошельке потребителя. В то время как, если потребитель остается в рамках предусмотренного для него бюджета, он не платит ничего. Ведь у дома нет никаких посторонних фирм в качестве внешних поставщиков энергии. Дом сам себя обеспечивает энергией. Но это не означает, что жильцы могут с ней обходится нерачительно.
Greencity – первый квартал в Швейцарии, полностью соответствующий целям 2000-ваттного общества. Во всяком случае это первый официально сертифицированный как жилой квартал «2000 ватт» в Швейцарии. Это новый район на юге Цюриха, полная реализация проекта которого должна закончиться в 2020 году, расположен всего в шести минутах езды на городской электричке от центра города и в пяти минутах ходьбы от берега Цюрихского озера.
Главная идея концепции состояла прежде всего в том, что все здания квартала, состоящие из многопрофильных и адаптируемых модулей, должны на 100% обеспечиваться возобновляемыми источниками энергии. В основе лежат идеи, уже реализованные в проекте создания энергоавтономного здания в Брюттене, о котором сообщается выше. Конечно, речь идет прежде всего о солнечной и геотермальной энергии. Важным элементом планирования квартала является попытка сочетать в одном городском квартале места проживания для различных поколений людей с различным социальным статусом (одиноких, семейных пар, пожилых и с детьми), мест работы и времяпрепровождения, включая магазины, кафе, кинотеатр и другие места развлечений. Квартиры предлагаются в зданиях разной архитектуры как кооперативные, так и в собственность или для найма. Центральной частью квартала является старая прядильная фабрика, построенная в 1857 году. Ее фасад был тщательно реставрирован, а водяная мельница былой фабрики превращена в мини-ГЭС, обеспечивающую квартал электроэнергией. Конечно, внутренние помещения фабрики были полностью преобразованы. В ней размещены 40 так называемых лофт квартир (апартаменты в мансарде), а на первом этаже располагаются гастрономические лавки. Городская железная дорога проходит буквально в 10 метрах от стены здания, но проезжающих поездов не слышно благодаря специальной укладке рельс на резиновых подушках.
Первый человек поселился в этом месте в V веке, а теперь здесь предлагается место для работы, проживания и отдыха не менее 10 тыс. швейцарцев.
Берн–Цюрих–Женева–Москва