Особенности климатической повестки для России

Автор пишет эту статью в дни, когда в мире проходят манифестации, требующие от правительств мира «реальных шагов» по достижению целей, поставленных в Парижском соглашении о климате. Председатель правительства РФ Дмитрий Медведев подписал постановление правительства РФ «О ратификации Парижского соглашения». Климатическая повестка, как и экологическая вообще, выходит на первый план в мировой политике. Апологеты концепции вины человечества за потепление климата на планете включают все более действенные инструменты, стимулирующие экологизацию экономик стран, построенных на углеродных технологиях. Эти инструменты включают уже не только беспрецедентную пропагандистскую кампанию, имеющую планетарный характер, но и экономические механизмы, среди которых создание рынка квотирования выбросов СО₂, ужесточение требований по выбросам окислов серы (SОx) и азота (NOx), создание дополнительных препятствий для финансирования проектов в угледобыче и углегенерации и т.д. Основной удар направлен на угольную генерацию и транспорт. Давайте поговорим о состоянии и готовности угольной генерации РФ к этим мировым вызовам.

Таблица из презентации конcорциума «Феникс»

Доля угольной генерации (УГ) в установленной мощности электростанций в России составляет около 22% (56,6 ГВт), при этом доля в общем объеме выработки постепенно снижается и сегодня составляет около 13,5% (в 2000 году  – 20%). Россия занимает 13-е место в мире по объемам выработки электрической энергии угольными тепловыми электростанциями (УТЭС), уступая Китаю, Индии, США, ЕС и другим государствам, энергосистемы которых основаны на угольной генерации.

В Сибирском федеральном округе (СФО) доля УГ достигает 65%, в Дальневосточном федеральном округе (ДФО) – 93%. Большинство действующих мощностей УТЭС были введены достаточно давно.

УГ РФ имеет, по мнению экспертов, самый низкий технический уровень на фоне других видов энергетики. Отечественные УТЭС имеют КПД цикла около 33–36%, в то время как у лучших зарубежных УС этот показатель достигает в среднем 43–44% и выше. В РФ нет ни одного энергоблока на суперсверхкритических параметрах пара (ССКП), хотя в мире эксплуатируются уже десятки таких энергоблоков. В 2016 году на Новочеркасской ГРЭС было завершено строительство первого в стране энергоблока электрической мощностью 330 МВт со сжиганием угля в котле с циркулирующим кипящим слоем (ЦКС), начатое еще в 2007 году. До сих пор этот энергоблок не выведен на проектную мощность и стабильную работу. При этом в мире давно работает несколько сотен котлов с ЦКС различной производительности, но постепенно от них отказываются в пользу энергоблоков с супер- и ультрасверхкритическими параметрами (УСКП). Так, в ФРГ отказались от строительства блоков с ЦКС в 80‑х годах прошлого века.

Остановимся на этом подробнее. На УТЭС РФ отсутствуют системы очистки отходящих газов от окислов азота (NOx), только на двух угольных ГРЭС (Черепецкая и Троицкая) имеются системы очистки отходящих газов от окислов серы (SOx) которые работают в «демонстрационном» режиме. Ни одна УТЭС РФ не работает на обогащенном угле. Примерно на 10 станциях из 145 крупных имеется небольшой, не обеспечивающий годовой выход золошлаковых отходов (ЗШО), сухой отбор золы, наиболее востребованной на рынке у потребителей. Единственная УГРЭС, где реализована система сухого золошлакоудаления (ССЗШУ), рассчитанная на полный сбор годового выхода ЗШО, это Рефтинская ГРЭС. Однако, вложив в систему 280 млн евро, собственник («Энел Россия») реализовал типовую для УТЭС Евросоюза ССЗШУ, которая в российских условиях не дала необходимого эффекта. В результате сбыт (макс. 250 000 т в год) упал на 30% по сравнению с тем, что удавалось реализовывать на старом сухом отборе (350 000 т в год). Годовой выход ЗШО этой станции – 5,5 млн т. Продолжает параллельно работать система гидрозолошлакоудаления. Нет ни одной ССЗШУ, ориентированной на создание продукта, согласно ГОСТу 25818‑2017 «Зола‑унос тепловых электростанций для бетонов. Технические условия», вступившему в силу с 01.03.18. Это и является главной причиной низкого уровня утилизации ЗШО в РФ – около 8% годового «выхода» ЗШО. Он оценивается в 22 млн т. На золоотвалах накоплено, по разным оценкам, от 1,5 до 1,8 млрд т гидротированной золошлаковой смеси (ГЗШС). Они занимают около 28 000 га и порой расположены близко к центрам таких городов, как Новосибирск, Кемерово, Челябинск, Иркутск, Красноярск, Новокузнецк, Улан‑Удэ и т.д. УТЭС строились в 30–70‑х годах, и процессы урбанизации привели к тому, что города их просто‑напросто «окружили». Это не может не сказываться на состоянии окружающей среды в этих городах, поскольку золоотвалы пылят и концентрация вредных веществ этих отвалов, которые попадают в грунтовые воды, все-таки достаточно велика.

В чем причины такой ситуации? На мой взгляд, она проистекает из неэффективной общей экологической политики РФ, которая основана на принципе «Экономика и экология – категории несовместимые». Как результат в РФ отсутствует адекватная методика, позволяющая оценить экономический ущерб от экологических проблем и экономический эффект от их решения. Известно, что в рыночной экономике то, что не имеет стоимости, не участвует в принятии хозяйственных решений. Государство крайне мало средств (0,8%) государственного бюджета вкладывает в экологию. Хотя развитые страны мира тратят на это 7–12% своих бюджетов. Принято считать, что ужесточение экологических требований является обременением бизнеса и экономики. Это нужно просто признать и принять новую экологическую политику, основанную на принципе «Экология выгодна государству, а значит, должна быть выгодна экономике». Хорошо, что в последнее время мы наблюдаем разворот в этой политике. Так, недавно председатель правительства РФ Дмитрий Медведев на встрече с президентом РФ Владимиром Путиным сообщил, что в новом бюджете страны на 2020–2022 годы затраты на экологию будут увеличены в 1,5 раза.

В этих условиях энергетическая политика Минэнерго РФ сводится к поддержанию приоритетной идеи российской энергетической политики «Главное – дать стране надежное снабжение электроэнергией и теплом». На практике это означает «любой ценой». По сути, это продолжение энергетической политики СССР 20–30‑х годов прошлого века. Поэтому мы наблюдаем постоянный рост цен на электроэнергию и тепло и снижение (!) экологических требований к производству электроэнергии и тепла. Так информационно‑технический справочник по наилучшим доступным технологиям (ИТС НДТ) № 38 «Сжигание топлива в крупных энергоустановках с целью получения энергии», призванный задать вектор к экологической модернизации традиционной энергетики, привел к ухудшению требований по выбросам в 2,3–3,6 раза по сравнению с ГОСТом 50831‑1995. Таким образом, угольная генерация РФ отброшена в политике модернизации к 70‑м годам прошлого века. У нас до сих пор проектирование тепловых станций идет по ВНТП‑81, то есть по нормам технического проектирования 1981 года. Как результат наши новые (вводятся в строй в 2019–2020 годах) угольные ТЭС РФ в Советской Гавани, Сахалинская ГРЭС‑2, Приморская ТЭЦ (г. Светлый) с докритическими параметрами пара, отсутствующими системами очистки SOx, NOx, СЗШУ, ориентированные на складирование ЗШО на полнопрофильных отвалах, с УРУТ 345–404 г.у.т/кВтч, являются самыми дорогими в мире и имеют приведенную цену – 3533–6294 долл./кВт. Это в 1,5–2 раза дороже, чем построенные до 2016 года новые угольные ТЭС в США (Аляска), ФРГ, Турции и даже на Филиппинах, во Вьетнаме и Малайзии. Они имеют УСКПП, современные системы очистки от SОx, NOx, ССЗШУ, ориентированные на 100-процентную утилизацию. Приведенная цена – 1290–4765 долл./КВт.

Как результат показатели новых российских угольных ТЭС существенно уступают достигнутым в зарубежной энергетике промышленно развитых и развивающихся стран. Отечественное паротурбинное оборудование спроектировано по устаревшим неэффективным технологиям и не соответствует современным требованиям по экономичности, маневренности и воздействию на окружающую среду (докритические параметры пара имеют высокий УРУТ – 350–400 г.у.т./кВтч, среднее значение КПД не превышает 35%, не имеют системы очистки выбросов от SOx, NOx.

Необходимо учитывать также тот факт, что в настоящее время для ТЭС величина КИУМ составляет всего 0,46 (в целом по электрогенерации – 0,47). Особенно тревожная ситуация сложилась на угольных ТЭЦ, где срочному замещению подлежит около 45% их суммарной мощности.

Мировые тенденции декарбонизации

Мировые тенденции строительства новых УТЭС заключаются в преимущественном строительстве крупных станций с двумя и более энергоблоками большой мощности по 600–1000 МВт, что существенно снижает удельную стоимость на 1 кВт. С другой стороны, жесткие экологические требования вынуждают повышать КПД и снижать выбросы. Практически все новые блоки, спроектированные на ССКП или УСКП (в том числе и на низкокалорийных бурых углях), имеют высокую эффективность >45% и низкий УРУТ (удельный расход условного топлива) Развитие новых технологий на УТЭС в мире идет в основном по системе HELE (High Efficiency Low Emission), с помощью которой производят больше электроэнергии, потребляя при этом меньше угля, за счет использования технологии и материалов нового поколения.

Электростанции HELE работают при более высоких температурах и давлении для более быстрого преобразования воды в пар. Это позволяет значительно повысить эффективность бойлеров и турбин, что, в свою очередь, экономит топливо и снижает выбросы CO₂ до 50%. Быстрое преобразование воды в пар определяет коэффициент эффективности этих технологий, как показано ниже.

С 2000 года сверх- и ультрасверхкритические электростанции уже снизили общий выброс СО₂ на более чем 1 млрд т. При повышении эффективности существующей УТЭС на 1% достигается снижение выбросов CO₂ на 2,5%.

Электростанции HELE работают по всему миру, включая Германию, Италию, Индию, Южную Корею, Японию, Польшу, Индонезию, Чешскую Республику, Нидерланды, Словению, США, ЮАР и Китай. Эта технология в принципе не является новой – в Японии сверхкритические технологии начали применять в 1980‑х годах, и в 1993 году была построена первая ультрасверхкритическая электростанция.

За счет использования технологии HELE средний мировой коэффициент эффективности вырос с 33 до 40% при снижении выбросов CO₂ на 2 млрд т в год – это эквивалентно годовому объему выбросов всей Индии. Ультрасверхкритические электростанции в Китае, Дании, Германии и Японии уже достигли эффективности 48,2%; планируется дальнейшее повышение этого показателя. Количество сверхкритических и ультрасверхкритических электростанций – 1015, запланировано или строится еще 12 318 аналогичных объектов.

Следующий шаг по направлению к практически нулевым выбросам СО₂ заключается в интеграции технологии HELE в процесс CCS (Carbon Capture and Storage – улавливание и хранение углерода). Технология CCS, используемая во многих странах мира, задерживает CO₂ с электростанций или прочих промышленных предприятий и хранит его в глубоких подземных зонах, где происходит его связывание в слоях известняка.

При совместном использовании технологий HELE и CCS сокращение выбросов увеличится до 90%. Технология HELE является составной частью дальнейшего внедрения CCS‑технологии, поскольку предприятия, на которых используется данный процесс, снижают объем задерживаемого, транспортируемого и хранимого CO₂. Все больше строящихся новых предприятий уже включают в себя технологию CCS.

По данным IEA, угольная и газовая технологии остаются наиболее дешевыми по строительству и эксплуатации электростанций; полная приведенная стоимость электроэнергии для сверхкритической электростанции на каменном угле составляет 67–91 долл./МВт; для станции с комбинированным циклом, работающей на природном газе, – 64–91 долл./МВт; для сверхкритической электростанции на буром угле – 75–88 долл./МВт. Что касается технологий с низким выбросом, аналогичный показатель для ветряных станций составляет 85–121 долл./МВт, для солнечных станций – 118–172 долл./МВт.

Ожидается, что стоимость электроэнергии для угольных ТЭС с CCS‑технологией будет быстро снижаться по мере накопления опыта и обмена знаниями использования технологий.

Проблемы модернизации энергетики РФ

Экономика РФ несет значительные потери из‑за перерасходов топлива, повышенных ремонтных затрат и роста численности персонала, а население – из‑за переплат за электроэнергию и тепло и вредных выбросов в окружающую среду (протокол НП «НТС ЕЭС» №1/19 от 28.02.19).

Также становится очевидным, что программа модернизации тепловых ТЭС страны, известная под именем «ДПМ Штрих» (постановление правительства РФ № 43 от 25.01.19), нацелена на капитальный ремонт тепловых ТЭС, а не на модернизацию, поскольку не устанавливает критерии отбора объектов модернизации, связанные со снижением УРУТ, повышением КПД цикла энергоблоков и ужесточением экологических требований ТЭС. Главным критерием отбора является низкая цена заявки. Она возможна только при капитальном ремонте.

Негативным аспектом такой политики является то, что идет деградация энергетического машиностроения РФ и энергетического инжиниринга, поскольку от машиностроителей требуют только запчасти к устаревшему оборудованию. В настоящее время практически весь спектр современного газоочистного и пневмотранспортного оборудования для ТЭС предлагается зарубежного производства. Необходимые для строительства блоков ССКП стали в РФ не производятся. От инжиниринговых компаний не требуют новых технических решений и разработок. От них нужна только привязка старых проверенных технических решений к новой строительной площадке или объекту ремонта.

Несмотря на высокий уровень удельных выбросов УГ, замещение ее на газовую с целью снижения выбросов парниковых газов ограничено рядом факторов:

    – отсутствие газораспределительной инфраструктуры в большинстве регионов с преобладанием угольной генерации; 

     – эксперты консорциума «Феникс» оценивают перевод угольных ТЭС на природный газ в 5–7 трлн руб. Вся программа экологизации угольной генерации (ПЭУГ), разработанная консорциумом, оценивается в 710–750 млрд руб.;

      – экономическая нецелесообразность газификации районов угледобычи;

      – социально‑экономические последствия закрытия предприятий в моногородах угольной промышленности;

        – сохранение угольной генерации как инструмента диверсификации топливного баланса.

Низкий КИУМ ТЭС и высокий рост цен на электрическую энергию – лучшее время для экологизации угольной генерации!

Сегодняшняя ситуация является оптимальной для начала политики реальной экологизации угольной генерации РФ. Именно низкий КИУМ должен являться стимулом для Минэнерго РФ начать программу модернизации этой отрасли энергетики. Излишки мощности позволяют вести техническое перевооружение незадействованных блоков. Когда энергомощностей будет не хватать, модернизацией будет заниматься некогда.

Минэнерго РФ умеет нерыночными методами (конкурсный отбор мощности (КОМ) и рынок сутки вперед (РСВ), статус «вынужденной генерации», КОМ новой генерирующей мощности) поддерживать экономическую эффективность генерации, значит, сможет создать систему экономических стимулов для экологизации угольной генерации, тем более что мировой опыт в решении данной задачи известен.

Согласно исследованию, проведенному экспертами VYGON Consulting, в 2014–2016 годах оптовые энергокомпании продемонстрировали высокие показатели рентабельности по EBITDA (до 40%) и рентабельности продаж по валовой прибыли.

Таким образом, средства для экологической модернизации угольной генерации имеются и понятны механизмы привлечения этих средств из сторонних источников, тем более что объем платежей потребителей за электроэнергию в 2015–2019 годах растет темпами кратно выше инфляции и не снижается в дальнейшем.

Что делать?

Сегодня для экологической модернизации угольной генерации необходимо решить два принципиальных положения энергетической политики.

Необходимо перейти на принцип «Производство энергии должно быть не только надежным и экономически эффективным для производителя и потребителя, но и экологически безопасным». Для этого надо постепенно, в течение 10 лет, ужесточать экологические требования к выбросам, сбросам и размещению отходов УТЭС до уровней лучших электростанций в Японии, Китае и ЕС.

Необходимо создать систему экономических стимулов для производителей и потребителей попутных продуктов сжигания угля (ППСУ) УТЭС, включая попутные продукты из окислов серы, окислов азота, золы и шлака. Это тем более необходимо, что даже при самом неблагоприятном сценарии, по данным Комитета по энергетике ГД РФ, объем УГ составит свыше 40 ГВт.

Специалистами консорциума «Феникс» разработаны основные положения «Программы экологизации угольной генерации РФ» (далее – ПЭУГ), представленной в Минэнерго 23.05.17 и в комитете по энергетике ГД РФ 06.06.17. В ней оценены основные экономические, экологические и межотраслевые результаты реализации этой программы, сделаны конкретные предложения по изменению законодательства для ее успешной реализации. Цель данной программы мы видим не только в решении наболевшей проблемы утилизации золошлаковых отходов УТЭС страны, достижении технологических показателей выбросов, сбросов и образования отходов в соответствии с требованиями НДТ (219‑ФЗ), но и в получении дополнительных экономических эффектов от реализации ППСУ. Благодаря обеспечению перевода отходов газоочистки угольных энергоблоков в категорию продукции со стабильными потребительскими свойствами достигаются не только высокие экологические показатели, но и реальные экономические выгоды, которые позволят обеспечить окупаемость этой программы. Ее выполнение позволит вернуть конкурентоспособность и привлекательность производства энергии от сжигания твердого топлива.

Надо сказать, что в последнее время экологизация УГ РФ все активнее обсуждается в энергетическом и научном сообществе, в Государственной думе РФ и становится актуальной в связи с тем, что у подавляющего числа угольных ТЭС емкость золоотвалов почти исчерпана. Многим станциям осталось работать 3–7 лет на старых золоотвалах. Строительство новых крайне неохотно поддерживается местными властями и связано с очень большими затратами, в разы превышающими переход на ССЗШУ, ориентированных на 100-процентную утилизацию. Это становится главным экономическим стимулом для собственников УТЭС в принятии решения о реконструкции в части перехода на ССЗШУ. В феврале 2018 года в комитете ГД РФ по энергетике была создана Рабочая группа экспертов по экологизации УГ, которая работает на регулярной основе. 25 сентября 2019 года в Новосибирске состоялось заседание Межрегиональной рабочей группы ассоциации «Сибирское соглашение», которое объединяет всех губернаторов СФО под эгидой полномочного представителя президента РФ. Эта ассоциация занимается самыми острыми вопросами Сибири и в данный период времени отнесла к ним проблему переполненности золоотвалов угольных ТЭС СФО. Автор статьи участвовал в этом заседании и был модератором круглого стола по экологизации угольной генерации. Я выступил с докладом «Законодательные инициативы для экологизации угольной генерации», в котором рассказал, что экспертным сообществом, российской энергетической наукой разработаны все необходимые решения для запуска экологической модернизации угольной генерации. Дело только за политическим решением правительства РФ.