На пути к энергобалансу: Роль традиционных источников энергии в меняющемся энергетическом ландшафте

В начале этого года GE и японская корпорация Sumitomo достигли важной вехи в государственно-частном партнерстве (ГЧП), подписав 25-летний договор о покупке электроэнергии (PPA) с Управлением электроэнергетики и водоснабжения Шарджи (SEWA) на разработку, строительство и эксплуатацию электростанции комбинированного цикла мощностью 1,8 гигаватта (ГВт), расположенной в Хамрийе.

Оснащенная технологией HA компании GE, включая самую большую и эффективную в мире газовую турбину большой мощности, флагманская электростанция по завершении строительства станет самой эффективной электростанцией в коммунальном секторе Ближнего Востока и позволит SEWA значительно повысить общую эффективность своей деятельности.

Проект будет состоять из трех блоков комбинированного цикла, первый из которых, как ожидается, будет введен в эксплуатацию в 2021 году. Консорциум банков и JBIC будут софинансировать проект, общая сумма частно-государственного софинансирования составит около 1 млрд долларов США.

Ожидается, что новый проект в Шардже увеличит поставки электроэнергии в эмират, но самое главное — он подчеркивает важнейшую роль газовой энергетики в общем энергетическом балансе, поскольку Ближний Восток наращивает инвестиции в возобновляемые источники энергии, включая солнечную, ветровую и атомную. Например,

Саудовская Аравия выделила более 100 миллиардов долларов на инвестиции в возобновляемые источники энергии. Но в то же время королевство увеличивает инвестиции в новые проекты газовой энергетики, признавая важную роль газа в сокращении разрыва между спросом и предложением электроэнергии.

Мы хотим получить лучшее из всех возможных источников энергии. Мы не намерены играть один против другого. Чтобы справиться с быстро растущим спросом на электроэнергию, нам понадобятся возобновляемые источники энергии в дополнение к традиционным, включая газ, — заявил в прошлом году в интервью Utilities Middle East Халид А. аль-Фалих, бывший министр энергетики, промышленности и минеральных ресурсов Саудовской Аравии.

В Шардже, где GE строит новую газовую электростанцию мощностью 1,8 ГВт, в производстве электроэнергии преобладают газовые турбины, на долю которых приходится 83,2 % имеющихся мощностей. В эмирате не существует целевой политики по масштабному внедрению возобновляемых источников энергии.

SEWA стремится запустить собственную программу по использованию возобновляемых источников энергии, которая позволит удовлетворить насущные потребности эмирата, но в то же время продолжить производство традиционной электроэнергии, которое она считает необходимым для обеспечения надежного энергобаланса.

То, что делают наши соседи по региону в плане новых солнечных проектов, атомных и угольных электростанций, хорошо с точки зрения увеличения энергетических мощностей. Мы хотели бы придерживаться стратегии, которая гарантировала бы устойчивое и бесперебойное энергоснабжение, — говорит д-р Рашид Аллем, председатель SEWA.

Согласно отчету Форума стран-экспортеров газа (GECF), спрос на электроэнергию на Ближнем Востоке к 2040 году достигнет 2 419 тераватт-часов (ТВтч), что вдвое превышает уровень 2016 года. Это побудило региональные коммунальные службы искать другие источники энергии, в том числе возобновляемые.

Однако в жаждущем энергии мире, где спрос на электроэнергию постоянно растет, прерывистость возобновляемых источников энергии означает, что на них нельзя полагаться как на единственный источник электроэнергии. Солнце не всегда светит нам в ясное голубое небо, ветер не всегда дует со стабильной скоростью, режим осадков не всегда достаточно надежен, чтобы обеспечить запланированный постоянный приток гидроэнергии, а современные решения для хранения энергии еще не достигли того уровня, чтобы заполнить пробелы, которые могут быть вызваны этой непостоянностью.

В обозримом будущем мир будет вынужден полагаться на сочетание традиционных и возобновляемых источников энергии, чтобы удовлетворить потребность в надежной, доступной и устойчивой энергии. Традиционные и альтернативные источники должны рассматриваться как взаимодополняющие, а не конкурирующие силы для удовлетворения наших потребностей в электроэнергии, — говорит Джозеф Анис, президент и генеральный директор GE Power на Ближнем Востоке, в Северной Африке и Южной Азии.

Однако как обычно не получится. Нам необходимо разрабатывать решения, которые лучше соответствуют нашей развивающейся реальности. Это означает инвестиции в более эффективные и гибкие технологии, которые сокращают выбросы, имеют более низкую стоимость жизненного цикла и более гибкие, что позволяет им быстрее наращивать и снижать мощность для стабилизации сети в ответ на непостоянство возобновляемых источников энергии. Гибридные технологии предлагают еще одно жизнеспособное решение.

В GE, например, эти усилия отражены в технологии газовой турбины HA, которая сейчас доступна с 64%-ным КПД чистого комбинированного цикла — выше, чем у любой другой конкурирующей технологии. Фактически, эта газовая турбина уже помогла установить два мировых рекорда эффективности, по одному в 60- и 50-герцовом сегментах мирового рынка электроэнергии.

Способная наращивать или снижать мощность до 88 мегаватт в минуту и при этом соответствовать требованиям по выбросам, эта технология может поддержать страны, переходящие к более широкому использованию возобновляемых источников энергии в своем энергобалансе, помогая сбалансировать нестабильность энергосистемы, — говорит Джозеф Анис.

Это та же технология, которая только что была принята компанией SEWA для ее предстоящего проекта по строительству независимой электростанции комбинированного цикла мощностью 1,8 ГВт, расположенной в Хамрии, Шарджа.

Технология также хорошо подходит для развивающихся стран, желающих получить большие объемы электроэнергии, чтобы восполнить дефицит энергии вблизи густонаселенных центров, не требуя при этом больших участков земли, которые часто требуются для эквивалентных объемов возобновляемой энергии. Ярким примером этого является Бангладеш, который с 2014 года использует технологию HA для преодоления большого разрыва между спросом и мощностью.

Интеграция смешанных технологий — еще один способ решения современных энергетических проблем. Например, компании Southern California Edison (SCE) и GE представили первую в мире гибридную систему с аккумулятором и газовой турбиной в Норуолке, штат Калифорния. Система помогает сбалансировать переменный спрос и предложение энергии, в том числе в вечерние часы, когда солнце садится и производство солнечной энергии падает, а потребление электроэнергии возрастает, когда люди включают свет и электроприборы.

В основе системы лежит современная система управления, которая обеспечивает бесперебойную работу аккумулятора и газовой турбины. Емкость аккумулятора рассчитана на достаточное время, чтобы газовая турбина успела запуститься и выйти на заданную мощность. Таким образом, системе не нужно сжигать топливо и расходовать воду в режиме ожидания, чтобы немедленно отправлять энергию при скачках спроса или снижении поставок возобновляемых источников энергии.

Не за горами и более инновационные решения. Сегодня ученые могут адаптировать технологии производства энергии, такие как газовые турбины, для сжигания чистых ресурсов, таких как водород. Так, компания GE успешно использует смешанное топливо, содержащее до 95 % водорода, для выработки электроэнергии с помощью своих газовых турбин.

На данный момент обеспечение нашего коллективного энергетического будущего означает, что все должны быть на борту, чтобы разработать диверсифицированную, инновационную глобальную энергетическую систему, использующую различные источники топлива и технологии, — говорит Джозеф Анис

Выживание в этом меняющемся энергетическом ландшафте означает изменения в бизнес-стратегии, а также расширение инноваций, направленных на улучшение производительности газовых турбин, и это то, что GE твердо намерена сделать.

Многое из того, во что мы инвестируем сейчас, связано с повышением эффективности. Мы хотим и дальше быть экономически выгодными для наших клиентов и поддерживать цели устойчивого развития, обеспечивая меньший расход топлива при увеличенной мощности. Благодаря повышению эффективности, плотности мощности и гибкости мы предоставляем нашим клиентам столь необходимые опции в то время, когда системы энергоснабжения и проблемы, которые они пытаются решить, становятся все более сложными.

Мировой рынок промышленных газовых турбин, как ожидается, будет ежегодно расти и достигнет $10,23 млрд к 2026 году, говорится в резюме нового отчета Fortune Business Insights.

Сектор газовых турбин, возглавляемый такими компаниями, как Siemens, Mitsubishi Hitachi Power Systems (MHPS), Rolls-Royce, Ansaldo Energia и Kawasaki Heavy Industries, среди прочих, будет расти примерно на 1,4 процента в год в течение следующих семи лет, говорится в резюме.

В глобальном масштабе продажи газовых турбин резко сократились под давлением дешевой возобновляемой энергии и, как ожидается, останутся слабыми еще как минимум пару лет. В прошлом году объем мирового рынка промышленных газовых турбин оценивался более чем в $9 млрд.

Немецкий машиностроительный конгломерат Siemens объявил в прошлом году, что в рамках концепции стратегии Vision 2020+ он продаст контрольный пакет акций своего подразделения Gas and Power стоимостью $33,5 млрд, состоящего из традиционной генерации, передачи электроэнергии, нефти и газа, а также 59%-ную долю в Siemens Gamesa Renewable Energy.

Продажа доли, которая последовала за спекуляциями о будущем газового бизнеса Siemens с 2018 года, вероятно, приведет к созданию нового крупного игрока на энергетическом рынке.

В то время как рынок сокращается, он также становится более конкурентным. Производители теперь борются за повышение эффективности, чтобы снизить стоимость газовой энергии. MHPS утверждает, что ее новейшие турбины класса J могут производить электроэнергию на 30 процентов дешевле, чем технология класса F, представленная в 1980-х годах.

Сегодня газовые турбины MHPS, такие как парогазовая установка M501JAC с КПД, приближающимся к 65 %, и надежностью 99,5 %, играют ключевую роль в работе с возобновляемыми источниками энергии для сокращения выбросов углекислого газа.

Производители, такие как MHPS и Siemens, рассматривают водород в качестве основного решения для хранения энергии, обеспечивающего устойчивое, экономически эффективное и надежное будущее возобновляемой энергетики. По мере развития ветряной и солнечной энергетики избыток возобновляемой энергии будет расти и может быть использован для создания возобновляемого водорода путем электролиза, в котором электричество используется для разделения воды на водород и кислород.

Полученный водород — чистое топливо, которое можно использовать в газовых турбинах, — можно хранить для твердооксидных топливных элементов, транспорта и химического производства.

Возобновляемый водород представляет собой многогранный прорыв. Его можно генерировать из недорогих или бесплатных излишков возобновляемой энергии. Его можно хранить в течение длительного времени, даже на сезонном уровне. И его можно легко сжигать в газовых турбинах при соответствующих изменениях в конструкции системы.

Это делает его идеальным для поддержки возобновляемых источников энергии и достижения целей по сокращению выбросов углерода. Такой переход — это смена власти, и к нему MHPS готовится.

Дубай уже начал изучать потенциал производства и использования водорода в качестве низкоуглеродного источника энергии в партнерстве с Siemens. В прошлом году в Дубае был заложен первый проект Зеленый водород на солнечных батареях, расположенный в Солнечном парке имени Мохаммада бин Рашида и использующий энергию, производимую в парке.

Dubai Electricity and Water Authority (DEWA) и Siemens планируют запустить пилотный проект к выставке Expo 2020. До следующего года они проведут этап тестирования и испытаний, чтобы обеспечить максимальные стандарты безопасности и надежности.

В то время как внедрение возобновляемых источников энергии набирает обороты во всем мире, мировой рынок паровых турбин, по мнению представителей отрасли и аналитиков, останется устойчивым в среднесрочной перспективе.

Они объясняют это растущим спросом на атомные электростанции на Ближнем Востоке и в других регионах, необходимостью быстрого наращивания мощностей на тяжелом топливе (HFO) на таких богатых нефтью рынках, как Ирак, и продолжающимся развитием угольной генерации в Азиатско-Тихоокеанском регионе. Кроме того, ожидаемый рост заказов на электростанции с комбинированными газовыми турбинами (CCGT) будет способствовать дальнейшему росту спроса на паровые турбины.

Рынок паровых турбин будет оставаться значительным, поскольку турбины, используемые исключительно на угольных и атомных электростанциях, составляют большую долю общего рынка паровых турбин, — считают аналитики британской аналитической компании Global Data.

По их прогнозам, только на паровые турбины для угольных электростанций в 2019-25 годах будет приходиться 359,4 ГВт новых установленных мощностей, что всего на 6% меньше, чем 382,3 ГВт за предыдущие шесть лет.

В то время как возобновляемые источники энергии добавляются для решения проблем, связанных с изменением климата, для многих стран уголь, ядерная энергия и HFO будут продолжать играть ключевую роль в качестве надежных и доступных источников энергии, — говорит Массимо Галлициоли, генеральный директор GE Steam Power MENAT.

Рассматривая пример с углем, он отмечает, что, хотя в Европе и США мощности угольной генерации заметно сократились, в Азии они продолжают расти, а некоторые страны Ближнего Востока, такие как Пакистан или ОАЭ, добавляют уголь в свой энергобаланс для повышения надежности и энергетической безопасности.

По нашим оценкам, тепловая генерация будет играть свою роль в этой части мира еще как минимум 20 лет, но характер этой роли изменится, — говорит Массимо. Очевидно, что сегодня тепловая генерация становится помощником возобновляемых источников энергии. Мы видим, что тепловая генерация все меньше используется в качестве базовой нагрузки, а все больше — для гибкого поддержания баланса энергосистемы, по сути, включающейся, когда не светит солнце или не дует ветер. Технологии тепловой генерации продолжают развиваться, чтобы играть эту новую роль. Сегодня как газовые, так и угольные электростанции могут обеспечить гибкость, необходимую для балансировки прерывистости.

Проблема прерывистости солнечной и ветровой энергии означает, что трудно получить надежную энергию от любой из них, поскольку она зависит от погоды, которая непредсказуема. Поскольку накопители энергии в настоящее время недостаточно эффективны, чтобы быть экономически выгодными, это создает необходимость в надежных источниках энергии в дополнение к ним.

Ископаемое топливо автоматически поднимает вопрос о выбросах, особенно уголь. Может ли уголь оставаться жизнеспособным источником энергии во времена глобальных усилий по борьбе с изменением климата? Хотя мы все хотели бы иметь богатую генерацию энергии с нулевым воздействием на окружающую среду, сегодня это не является реальностью. Для некоторых стран сегодня не существует жизнеспособной альтернативы углю как основному источнику энергии. Поэтому, если мы продолжаем использовать уголь, мы должны делать это наилучшим образом, используя современные технологии для ограничения воздействия на окружающую среду, — говорит Массимо.

За последние несколько лет технология значительно развилась. Ультрасверхкритическая технология (USC) компании GE сегодня является стандартом для угольных электростанций по всему миру. Работая при температурах и давлениях выше критической точки своих предшественников, сверхсверхкритические угольные электростанции способны вырабатывать электроэнергию с более высоким КПД при значительном снижении выбросов CO2, а также соответствующих эксплуатационных расходов.

GE уже лидирует в использовании этой технологии на различных угольных электростанциях по всему миру, включая строящуюся электростанцию Hassyan в Дубае, — говорит Массимо. И мы не останавливаемся на достигнутом: GE уже работает над следующим поколением технологий, которые мы называем Advanced USC. Эта технология, объединяющая возможности механической и цифровой промышленной платформы, по прогнозам, повысит эффективность еще на 1,5%, снизит выбросы еще на 3% и добавит около $50 млн к NPV (чистой приведенной стоимости) своих клиентов за счет снижения эксплуатационных расходов и затрат на протяжении всего жизненного цикла.