Прогноз затрат и себестоимости производства электроэнергии
При этом возникнут новые возможности для бизнеса организация малых сетей электроснабжения и управление ими, обслуживание электрохимических энергоустановок с топливными элементами, дистрибуция водорода и природного газа и др. Не исключено появление на рынке небольших энергетических компаний (микроэнергетических компаний), управляющих мощностями группы индивидуальных домов и сооружений, а также энергообеспечением жилых микрорайонов и поселков.
Возможны различные варианты присутствия этих компаний на рынке распределительной генерации с использованием когенерационных энергоустановок на ТЭ. Простейший из них может состоять в том, что управляющая компания жилого комплекса, поселка или многоэтажного жилого дома, равно как и товарищество собственников жилья (ТСЖ), получает кредит в банке на покупку когенерационной энергетической установки и ее монтаж на месте эксплуатации.
Без повышения тарифов на электро- и теплоснабжение для жильцов, за счет экономии от стоимости энергоресурсов, генерируемых в энергоустановке на топливных элементах, энергоустановка окупается за 4 5 лет (при стоимости используемого природного газа 80 долл. за 1 м3, сейчас 40 долл. за 1 м3). Тарифы для жильцов повышаться не будут, а после выплаты кредита они даже существенно уменьшатся (почти в 2 раза).
Традиционная центральная
- Низкий КПД
- Много загрязняющих выбросов
Значительное количество электричества теряется как отработанное тепло
Оптимальным вариантом управления рынком распределительной генерации может быть непосредственное присутствие на нем вертикально интегрированной холдинговой компании, учрежденной Норильским никелем, которая будет иметь основную долю в распределительной генерации тепловой и электроэнергии, а также в розничном бизнесе по снабжению этими энергоносителями и сетевым природным газом потребителей ЖКХ и коммерческих структур. Примерно так сейчас работают крупные западные энергетические концерны и коммунальные компании.
Отдельные мини-электростанции на топливных элементах в рамках систем распределительной выработки электроэнергии могут быть объединены в локальные сети распре -делительной энергетики. При этом конечные потребители смогут не только производить собственное электричество, но и делиться им с другими потребителями в часы его пикового потребления. К этим сетям в дальнейшем могут подключаться автомобили с гибридным приводом и с водородным двигателем.
Это станет серьезным вызовом централизованному энергоснабжению. Последствия включения в энергетическую распределительную сеть каждого владельца миниэлектростанции на базе ТЭ могут быть столь же глубокими и далеко идущими, как и развитие информационных сетей и Интернета.
Бытовая версия экологически чистых, бесшумных, экономичных автономных энергоустановок на природном газе или на широко распространенных жидких топливах (бензин, керосин, дизтопливо) найдет применение в индивидуальных домах и коттеджах. Энергоустановка с высокотемпературными топливными элементами делает ненужным бойлер (котел) для нагрева воды и газовую колонку для подогрева воздуха при калориферном отоплении.
Оба эти устройства можно совместить в одной энергоустановке с ТЭ.
Для жилых домов более всего подходит следующая градация модулей электрохимических энергоустановок с ТЭ:
- фермерские дома, дачи и отдельные квартиры модули от 1,5 до 5 кВт;
- индивидуальные дома модули от 5 до 15 кВт;
- группа индивидуальных домов модули от 50 до 200 кВт;
- многоквартирные жилые дома модули от 200 кВт до нескольких МВт.
Емкость рынка бытовой версии когенерационных энергоустановок с ТЭ в России может составлять не менее 1,5 млн штук и по мере их продвижения на рынок будет иметь устойчивую тенденцию к увеличению.
Электрохимические энергоустановки с ТЭ должны состоять из постоянной (базовой) части унифицированных модулей топливных элементов различной мощности, работающих на водороде или на риформате, а также из заменяемой части топливного процессора для конверсии углеводородного топлива, который будет преобразовывать местное топливо в водород. За счет унификации и серийного изготовления базовой части обеспечивается приемлемая цена, а за счет типа топливного процессора адаптивность к условиям применения.
Чисто водородный вариант электрохимической энерго-установки с ТЭ может оказаться особенно привлекательным для строительства новых малоэтажных поселков. Когда строительство ведется в чистом поле, строительные компании (девелоперы) вынуждены нести большие затраты на подведение инженерных коммуникаций: горячая и холодная вода, электрические кабели, канализация, газ и пр.
Причем прокладка этих коммуникаций может быть доминирующей частью всего бюджета строительства.
Девелоперским компаниям могут понадобиться как малые (до 100 кВт), так и большие (до 10 МВт) электрохимические энергоустановки на топливных элементах. Привлекательным для них может быть то, что к поселку нужно будет подводить только природный газ и холодную воду.
Электричество, тепло и горячая вода будут вырабатываться в каждом доме из водорода, полученного при централизованной или местной (в каждом доме) конверсии природного газа.
Современная структура себестоимости производства электроэнергии с использованием ТЭ отличается от себестоимости производства электроэнергии при использовании нефти и угля более высокой долей инвестиций (капиталоемкостью), но более низкой долей затрат на топливо и низким уровнем эксплуатационных расходов (рис. 3.29).
Без повышения эффективности использования энергии Россия или лишится экспорта энергоносителей, или утратит возможности экономического роста, или останется без того и другого (судьба экспорта газа зависит не столько от наращивания мощностей по его добыче, сколько от эффективности и динамики его внутреннего потребления).
Сегодня уже не существует альтернативы опережающему и решительному развитию инновационных энергетических технологий и в первую очередь технологии прямого электрохимического преобразования в электричество и полезное тепло энергии углеводородного топлива, а также новому методу энергоснабжения распределительной когенерации. Эти технологии позволяют существенно удешевить и упростить выработку электричества и тепла, обеспечить их высокоэффективную (практически без потерь) передачу потребителям без использования сетевой и распределительной инфраструктуры централизованной энергетики.
Техническую основу энергетических систем распределительной генерации составляют когенерационные электрохимические энергоустановки на топливных элементах и создаваемые на их основе модульные мини-электростан-ции. Эти электростанции имеют установленную мощность
Прогноз затрат и себестоимости производства электроэнергии
| Таблица 3.3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| * Стоимость электроэнергии у потребителя. |
Стратегия Национальной инновационной компании Новые энергетические проекты
В России история развития водородной техники началась в середине 1960-х годов. Необходимость работ по созданию энергоустановок на основе кислородно-водородных топливных элементов была обусловлена потребностями авиакосмической промышленности.
И эти работы шли весьма успешно.
К середине 1980-х годов на Уральском электрохимическом комбинате были созданы электрохимические генераторы (ЭХГ) Фотон на основе щелочных топливных элементов для многоразового корабля Буран, во ВНИИ источников тока в этот же период воздушно-водородные ЭХГ для микроэлектробуса РАФ и кислородно-водородные ЭХГ мощностью 280 кВт для подводной лодки проекта 865 и др. В этот же период впервые в мире был испытан самолет на водородном топливе ТУ-155.
В целом российская наука в области топливных элементов практически всех типов находилась на мировом уровне, а по ряду направлений водородной техники даже выше зарубежного уровня. Однако с конца 1980-х годов и практически в течение последующих полутора десятков лет работы в области водородных технологий проводились только в академических институтах.
В этот же период времени объемы финансирования работ по водородной энергетике в авангардных зарубежных странах увеличились до сотен миллионов долларов в год. В результате в ряде областей водородной энергетики российские ученые уступили свой приоритет.
Результаты фундаментальных и прикладных исследований отечественных ученых в различных областях водородной энергетики, с одной стороны, и жизненная потребность их более широкого практического применения в условиях рыночной экономики, с другой стороны, привели к необходимости возобновления работ по созданию и усовершенствованию установок с топливными элементами. Это решение по логике вещей могло и должно было быть принято государством, но по разным причинам этого не произошло. Инициативу проявили частный бизнес и Российская академия наук, которые нашли точки пересечения интересов.
Наука нуждалась в инвестициях, бизнес в высокотехнологичном конкурентоспособном продукте, который пользовался бы спросом на внутреннем и внешнем рынках.
Инициатором возобновления работ стало ОАО Горнометаллургическая компания „Норильский никель". Являясь крупнейшим в мире производителем палладия и металлов платиновой группы, Норильский никель искал им наиболее эффективное применение.
Использовать эти металлы в качестве основных катализаторов для химического производства слишком дорого. Ориентация на рынок ювелирных изделий вызывала коммерческие сомнения.
Остановились на технологиях получения энергии из водорода.
Как известно, платина и палладий активно адсорбируют водород, а потом вступают в электрохимическую реакцию преобразования его в электричество. В отличие от теплового горения эта реакция упорядочена с точностью до электронов, протонов и ионов, а потому обладает высоким КПД. Кроме того, она экологически чистая, так как продуктом реакции является обыкновенная вода.
Представителям Норильского никеля идея получения энергии из водорода показалась технологически привлекательной и коммерчески многообещающей.
В конце 2003 г. произошло событие, которое без преувеличения можно назвать отправной точкой отечественной стратегии инновационного прорыва в области энергетики в XXI в.
10 ноября 2003 г. президент РАН академик Юрий Осипов и генеральный директор, председатель Правления ГМК Норильский никель Михаил Прохоров подписали Генеральное соглашение о сотрудничестве между Российской академией наук и компанией Норильский никель в области водородной энергетики и топливных элементов.
Мы считаем, отмечал в своем выступлении на подписании соглашения М. Прохоров, что развитие водородной энергетики и технологии создания топливных элементов единственная возможность для нашей страны попасть в число ведущих экономических держав мира. Высокие технологии, основой которых является данное соглашение, уже в ближайшие десятилетия будут основой развития всей мировой экономики...
Мы должны отдать приоритет тем исследованиям и разработкам, которые не будут повторять аналогичные зарубежные проекты, а позволят нам выйти на передовые позиции в мире и создать конкурентоспособные продукты в области водородной энергетики, превосходящие по своим параметрам западные образцы и технологии. Для того чтобы догонять, надо сразу перегонять.
Уже 9 декабря 2003 г. в Москве состоялось совместное заседание Президиума Российской академии наук и Правления компании Норильский никель, в ходе которого была подписана Комплексная программа поисковых, научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по водородной энергетике и топливным элементам и создан Совет по ее реализации в составе 16 человек во главе с вице-президентом РАН академиком Г Месяцем. Так родился проект Водородная энергетика и топливные элементы, который предстояло воплотить в жизнь.
После подписания Комплексной программы была поставлена задача: базируясь на отечественных материалах, добиться прорывных решений в области создания и коммерциализации водородных технологий. Однако полученный за 2004 г. результат не отвечал ожиданиям инвестора ГМК Норильский никель. Причин было несколько, одна из них лежала в системе управления проектом, на что указывали некоторые его участники.
В ходе программы выстроились длинные цепочки:,,Норникель Президиум РАН головная организация (в Петербурге Президиум СПб НЦ РАН) организация-исполнитель (скажем, Физтех) организации-соисполнители, комментировал ситуацию директор Физико-технического института им. А.Ф.
Иоффе РАН Андрей Забродский. Сбои в организации финансирования и отчетности в таких длинных схемах привели к тому, что продвижение денег, равно как и возникающих вопросов, происходило крайне медленно, обратная связь была затруднена.
Например, мы сталкиваемся с проблемой на месте, обращаемся в СПб НЦ РАН, он в Президиум РАН, те пытаются решить проблему с руководством компании „Норникель. В итоге на многочисленные согласования ушло много рабочего времени. Ситуацию усугубляло то, что организации, заказавшие необходимое для выполнения своих проектов оборудование, не смогли вовремя получить его (иногда оно приходило уже после окончания работ).
Причина этого в налогообложении закупаемого для институтов оборудования, которое, согласно Налоговому кодексу РФ, считается их прибылью. На приобретение техники были запланированы значительные средства, и, соответственно, размер налога, который должен был заплатить „Норникель, исчислялся серьезной суммой.
Попытки „отбиться от налога не увенчались успехом, но потребовали известного времени. Тем не менее компания, хотя и с задержкой, но выполнила взятые обязательства по закупке и поставке оборудования.
В итоге на притирку в творческом союзе РАН и Норильского никеля потребовался год и 30 млн долл. Свести к минимуму издержки первого года должна была новая бизнес-структура, взявшая на себя функцию управления проектом и его целевого финансирования.
Результаты сотрудничества науки и бизнеса показали необходимость создания универсального интегратора, способного эффективно управлять различными видами деятельности по разработке, созданию, коммерциализации и реализации на внутреннем и внешнем рынках конкурентоспособных продуктов водородных технологий.
Необходимость создания управляющей компании для реализации программы Водородная энергетика была обоснована в монографии Б.Н. Кузыка, В.И.
Кушлина и Ю.В. Яковца На пути к водородной энергетике, которая обсуждалась на
XIX Междисциплинарной дискуссии в Российской академии государственной службы при Президенте РФ в марте 2005 г.
Так, весной 2005 г. появилась на свет Национальная инновационная компания Новые энергетические проекты (НИК НЭП) системный интегратор и целевой инвестор программ по водородным технологиям и топливным элементам, а также возобновляемым источникам энергии.
Свою работу Компания начала с традиционной инвентаризации. По инициативе руководства НИК НЭП и ГМК Норильский никель рабочая группа, в которую входили ученые РАН, эксперты из Российского научного центра Курчатовский институт, Межведомственного аналитического центра и других организаций, летом и осенью 2005 г. побывала в научных центрах разных регионов России.
Цель научных командировок рабочей группы была согласована с Президиумом РАН и руководством Совета по реализации Комплексной программы поисковых, научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по водородной энергетике и топливным элементам. Она заключалась в оценке состояния региональных научных коллективов, ориентированности научно-исследовательских и опытно-конструктор-ских работ на восстановление кооперации и интеграции на этапе коммерциализации проекта Водородная энергетика и топливные элементы.
О внимании государства к данному проекту свидетельствовало участие в этих поездках помощника руководителя Администрации Президента РФ Екатерины Поповой, которая возглавляет Межведомственную рабочую группу по подготовке предложений по совершенствованию законодательства Российской Федерации в области новых направлений осуществления научно-технической и инновационной деятельности.
На местах совместную работу организовывали представители региональной и городской администрации. Системные обсуждения проводились совместно с руководителями региональных отделений РАН и руководством крупнейших научных центров.
РФЯЦ-ВНИИТФ
В Российском федеральном ядерном центре Всероссийском научно-исследовательском институте технической физики (РФЯЦ-ВНИИТФ) в г. Снежинске Челябинской области обсуждалась возможность создания опытно-про -мышленного производства для разработки и изготовления твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) и энергоустановок мощностью от 1 до 10 кВт с перспективой выхода на их серийное производство.
Уральское отделение РАН
Заслушаны доклады и научные сообщения представителей Института высокотемпературной электрохимии (ИВТЭ)
УрО РАН, Института химии твердого тела (ИХТТ) УрО РАН и Института электрофизики УрО РАН. Доклады и сообщения, а также развернувшаяся дискуссия были посвящены научно-исследовательским и опытно-конструкторским проблемам разработки твердооксидных электрохимических устройств (в том числе генераторов) с использованием нанотехнологий и возможностям по созданию их производства в Екатеринбурге.
Уральский электрохимический комбинат (УЭХК)
На заводе автомобильных катализаторов, входящем в состав УЭХК, делегация ознакомилась с каталитическими нейтрализаторами единственным на данный момент средством, позволяющим эффективно улучшить экологические показатели автомобиля (экологически чистый автомобиль это автомобиль на топливных элементах). Нейтрализаторы с каталитическими блоками сертифицированы во Франции под нормы Евро-3 и могут поставляться для отечественных жигулей, волг, уазов и других автомобилей, имеющих как бензиновый, так и дизельный двигатель.
На заводе электрохимических преобразователей рабочая группа ознакомилась с наиболее интересными образцами, производимыми на УЭХК: электрохимическими генераторами постоянного тока Волна и Фотон (последний на водородно-кислородных топливных элементах с матричным щелочным электролитом). Эти генераторы используются как бортовые источники электроэнергии на космических кораблях и не уступают по своим характеристикам лучшим в мире устройствам подобного типа. Был продемонстрирован также никель-водородный аккумулятор для геостационарных спутников связи Ямал.
В разработке и модернизации различных типов топливных элементов УЭХК тесно сотрудничает с АвтоВАЗом, РКК Энергия и ЦКБ МТ Рубин.
После ознакомления с производством состоялось совещание по перспективам разработки твердополимерных (ТП) и щелочных электрохимических генераторов (ЭХГ).
Сибирское отделение РАН
СО РАН сосредоточило свои усилия на двух направлениях: мегапроект (отобрано 11 представляющих государственную важность проектов по линии Миннауки) и топливные элементы (топливные процессоры).
Рабочая группа посетила лаборатории Института катализа и Института теплофизики СО РАН, где ознакомилась с опытным производством катализаторов и реакторов для метаноль-ных и метановых топливных процессоров, топливных процессоров с высокотемпературной адсорбционной очисткой, микрореакторами и процессом получения водорода из боргид-ридных соединений, а также с оборудованием, закупленным в 2004 г. по программе РАН-Водород.
На совещании с учеными СО РАН рассматривались перспективные направления НИОКР по ТЭ, сравнивались отечественные разработки с зарубежными, анализировались финансово-экономические аспекты разработки и производства ТЭ с учетом особенностей внутреннего и внешнего рынков. Одним из перспективных направлений возможного сотрудничества СО РАН и НИК НЭП по энергетическим установкам, по мнению сибирских ученых, могла бы быть работа над микрореакторами для получения водорода из метана и природного газа.
