Зеленая энергетика Казахстана в 21 веке: мифы, реальность и перспективы

1. Общее состояние энергетики Казахстана

 1) Из Программы развития электроэнергетики до 2030 года (Постановление Правительства Республики Казахстан от 9 апреля 1999 года № 384)

 «В 1990 году при потребности Казахстана в электроэнергии 104.7 млрд. кВт∙час собственное производство составило 87,4 млрд. кВт∙час (при 17.9 млн. кВт установленной мощности) и сальдовый дефицит достигал 17.3 млрд. кВт∙час. 

В последующие годы были введены в работу новые генерирующие мощности с проектной выработкой около 8 млрд. кВт∙час, в том числе два энергоблока по 525 МВт на Экибастузской ГРЭС-2 (один из них в декабре 1990), турбоагрегат 110 МВт на Карагандинской ТЭЦ-3, газотурбинная установка 100 МВт на АО "Актурбо" и гидроагрегат 117 МВт на Шульбинской ГЭС. Таким образом, потенциал производства электроэнергии на собственных электростанциях мог бы к настоящему времени составить около 95 млрд. кВт∙час, что при установленной мощности 18,2 млн. кВт соответствует 5 тыс. часам использования установленной мощности. 

Добыча на Кашагане возобновится во II полугодии...

Добыча на нефтяном месторождении Кашаган в Казахстане, приостановленная 9 октября прошлого года из-за утечки, может возобновиться во второй половине 2...

Ведущее издание для потребителей признало OLED и SUPER UHD телевизоры LG лучшими на рынке

В результате снижения платежеспособного спроса на электроэнергию, ее производство в 1996 году снизилось до 59,3 млрд. кВт∙час, а в 1997 году - до 52,2 млрд. кВт∙час, в 1998 году - до 49,215 млрд. кВт∙час. По сравнению с 1997 годом производство электроэнергии (выработка) в 1998 году снизилась на 5,7%. При этом потребление в 1998 году составило - 53,027 млрд. кВт∙час, или на 7,2% ниже уровня, в 1997 году. Сальдовый импорт составил 3,812 млрд. кВт∙час. 

Материалы по теме

Ведущее издание для потребителей признало OLED и SUPER UHD телевизоры LG лучшими на рынке

Берик Битабаров: «Трансформация HR-направления – важный компонент глобальных изменений в компании»

Выручка компании Adobe выросла на 27,3%

АО «Тау-Кен Темир» планирует экспортировать продукцию в Беларусь

Трэвис Каланик ушел в отставку с поста главы Uber

Основное оборудование электростанций имеет значительный износ из-за наработки, превышающей расчетный ресурс.

Структура выработки электроэнергии различными типами электростанций в относительных единицах на уровне 2015 г. оценочно выражается следующими показателями:  

ТЭС на угле - 66,8%

ТЭС на газе - 21,2%

ГЭС - 11,2%

АЭС -  0,6%

ВЭС -  0,2% .

Суммарное производство электроэнергии на базе возобновляемых источников энергии (включая гидроисточники) в Казахстане составляло 8,3 млрд. кВт∙час в 1995 г. и увеличится до 9,8 млрд. кВт∙час в 2015 г.»

2) Из Программы по развитию электроэнергетики в Республике Казахстан на 2010 - 2014 годы (Постановление Правительства Республики Казахстан от 29 октября 2010 года № 1129)

Берик Битабаров: «Трансформация HR-направления – важный компонент глобальных изменений в компании»

«На 1 января 2010 года установленная мощность электростанций в Казахстане составила 19,1 тыс. МВт, располагаемая мощность - 14,8 тыс. МВт.

Разрывы и ограничения мощности составили - 4,3 тыс. МВт, в том числе:

1,1 тыс. МВт - на ГЭС из-за ограничений по расходу воды и повышенному подпору нижнего бьефа, а также работой малых ГЭС по водотоку;
1,5 тыс. МВт - на ЭГРЭС-1 в связи с консервацией энергоблоков № 1, 2, 8, находящихся в неработоспособном состоянии;
1,7 тыс. МВт - в связи с неудовлетворительным состоянием основного и вспомогательного оборудования тепловых электростанций, недостатком теплопотребления, сжиганием непроектного топлива.

На сегодняшний день около 41 % генерирующих мощностей отработало более 30 лет.

Для покрытия роста перспективной потребности в мощности и электроэнергии развитие электростанций намечается осуществить по следующим основным направлениям:

техперевооружение и реконструкция оборудования действующих электростанций;

ввод новых мощностей на действующих электростанциях;

строительство новых электростанций (ТЭЦ, ТЭС, ГЭС, ГТЭС);

вовлечение в баланс нетрадиционных возобновляемых источников энергии (ВЭС, СЭС).

Выручка компании Adobe выросла на 27,3%

К 2014 году ожидается рост электрической нагрузки до 15,4 тыс. МВт.

Для покрытия роста электрической нагрузки необходимы мероприятия по расширению и техническому перевооружению действующих электростанций, а также строительство новых.»

Два последующих рисунка демонстрируют динамику производства и потребления электрической и тепловой энергии Казахстана в 21 веке. При этом необходимо учитывать, что  основным потребителем электроэнергии (до 70 %) и тепловой энергии (до 50 %) является промышленность, а на долю населения приходится не более 25 % электроэнергии и 30 % тепловой.

По прогнозу Института энергетических исследований Российской Академии Наук (ИНЭИ РАН), потребление электроэнергии и тепла в мире с 2010 по 2035 г.г. будет расти за счет роста потребностей индустрии (промышленности) и населения (ЖКХ).

При сохранении старой базы промышленности и низких темпах её модернизации без внедрения энергосберегающих и энергоэффективных технологий, дальнейшее развитие производственных мощностей энергетики Казахстана, запланированных в программах и планах правительства, будет использовано только на удовлетворение потребностей промышленности без снижения показателя энергоэффективности. Это приведет к снижению конкурентоспособности, снижению качества продукции и сохранению статуса «сырьевого» придатка развитых стран мира.

Самым эффективным решением сокращения природных ресурсов, является практика энергосбережения и внедрения энергоэффективных технологий. Повышение энергоэффективности является весьма актуальной задачей для экономики Казахстана. Удельные показатели энергоемкости ВВП в Казахстане по данным МЭА остаются весьма высокими (1,8 USD/кг.у.т) по сравнению с развитыми странами (5,5 USD/кг.у.т). За период реформирования экономики с 1991 по 2001 г.г. энергоемкость ВВП  еще повысилась на 15 - 20%, что негативно сказалось как на экономике в целом,  так и на конечных потребителях. За период 2001-2012 энергоемкость ВВП немного снизилась, но все ещё превышает среднемировой тренд в 5 раз.

 По экспертным данным перерасход топлива на производство электроэнергии составляет 10-15%, на теплоснабжение – 15-20%. Затраты на внедрение энергосбережения примерно в 5 раз ниже, чем на новое производство энергии. 

2.      Основы зеленой энергетики в Казахстане

 2.1. Солнечная энергетика

 2.1.1. Методика оценки гелиопотенциала Казахстана

 Доступная солнечная энергия изменяется в течение дня из-за относительного движения Солнца и в зависимости от облачности. В полдень при ясной погоде энергетическая освещенность, создаваемая Солнцем, может достигать 1000 Вт/м2, тогда как в условиях плотной облачности она может упасть до 100 Вт/м2 и ниже, даже в полдень. Количество солнечной энергии меняется вместе с углом наклона установки и ориентацией ее поверхности, снижаясь по мере удаления от южного направления.

Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения:

фотовольтаика - получение электроэнергии с помощью фотоэлементов;

гелиотермальная энергетика - нагревание поверхности, поглощающей солнечные лучи, и последующее распределение и использование тепла (фокусирование солнечного излучения на сосуде с водой для последующего использования нагретой воды в отоплении или в паровых электрогенераторах).

Фотоэлементы заводского производства имеют определенную номинальную мощность, выраженную в ваттах пиковой мощности (Втп). Это показатель их максимальной мощности в стандартных условиях испытаний, когда солнечная радиация близка к своему максимальному значению в 1000 Вт/м2, а температура поверхности фотоэлемента 25°C. На практике же фотоэлементам редко приходится работать в таких условиях.

Несмотря на северную широту географического расположения Казахстана, ресурсы солнечной энергии в стране являются стабильными и приемлемыми, благодаря благоприятным климатическим условиям.

По итогам исследований (МИНТ РК) потенциал солнечной энергии в южных районах страны достигает 2500 – 3000 солнечных часов в год и составляет 1,3-1,8 млрд. кВт∙час на 1 кв. м в год.

Площадь Казахстана, доступная для установки фотоэлектрических преобразователей или гелионагревателей составляет не менее 50 % от общей площади (2 724 902 км2), потенциал энергии солнца может составлять 1700 ТВт*час за год.

С учетом того, что КПД фотоэлектрических панелей не превышает 30%, можно оценить технический потенциал гелиоэнергетики в 500 ТВт∙час за год.   

 2.1.2. Обоснованность строительства СЭС

 Как полагают эксперты Международного энергетического агентства (IEA), солнечная энергетика уже через 40 лет при соответствующем уровне распространения передовых технологий будет вырабатывать около 9 тысяч ТВт∙час — или 20-25 % всего необходимого электричества, и это обеспечит сокращение выбросов углекислого газа на 6 млрд. тонн ежегодно.

Стоимость энергии, полученной из солнечной батареи, ежегодно снижается. Так, за 2011 год она уменьшилась на 50%, с 2008 года падение цены составило 75%. В 2011 году стоимость 1 Ватта солнечной электроэнергии впервые упала ниже 1 доллара.

Методика расчета энергоокупаемости солнечных энергостанций достаточно проста и исходит из трех основных факторов: энергозатраты на производство солнечного элемента (EС), эффективность преобразования солнечной энергии (η) и среднегодовая мощность излучения в регионе, в котором предполагается размещение солнечного элемента (SP):

 EP = EC/(η·SP).

 Например, солнечный элемент на основе поликристаллического кремния требует 600 кВт·час на производство 1 м2 площади солнечного модуля. При эффективности в 12% и среднегодовой мощности солнечного излучения в 1700 кВт·час энергоокупаемость модуля составляет менее 4 лет. С учетом темпов роста эффективности  фотопреобразования и оптимизации производства можно ожидать, что до 2020 года энергоокупаемость поликристаллических солнечных элементов снизится вдвое.

Тонкопленочные элементы (10% мирового рынка в 2011 году) используют очень небольшие объемы полупроводникового материала, поэтому наиболее энергозатратными процессами оказываются производство подложки (120 кВт·час на1 м2) и монтаж элементов в модули (также 120 кВт·час на 1 м2). Эффективность тонкопленочного кремниевого элемента составляет примерно 6%. В результате, энергозатраты на производство такого элемента окупаются в течение 3 лет, а более эффективные (η = 9-12%) тонкопленочные модули на основе теллурида кадмия (CdTe) и диселенида индия-меди (CIGS) могут достичь энергоокупаемости менее чем за год.

Таким образом, солнечные элементы окупают вложенную в них энергию уже за 2-4 года после ввода их в эксплуатацию, а в последующие 25-30 лет они будут снабжать потребителей экологически безопасной электроэнергией. За свой срок службы солнечная электростанция, обеспечивающая энергией небольшой дом, предотвратит выбросы более чем 100 тонн углекислого газа и тонны оксидов серы и азота.

 2.1.3. Программы и планы Казахстана по использованию гелиопотенциала

 1) Из Программы развития электроэнергетики до 2030 года (Постановление Правительства Республики Казахстан от 9 апреля 1999 года № 384)

«Солнечные нагреватели воды (СНВ) разработанные в Казахском НИИ энергетики и выполненные на основе полимерных материалов, более чем на порядок дешевле традиционных. Расчеты специалистов КазНИИЭнергетики показывают, что использование таких СНВ может быть экономически выгодно даже в условиях города, где имеется большое количество разнообразных источников энергии. При годовой потребности Казахстана 2,0 млн. м2 СНВ, КазНИИЭнергетики способен выпускать их до 150 тыс. м2.» 

 2) Из Плана мероприятий по развитию альтернативной и возобновляемой энергетики в Казахстане на 2013 - 2020 годы (Постановление Правительства Республики Казахстан от 25 января 2013 года № 43)

 «Реализация проектов в области использования возобновляемых источников энергии. К 2020 году планируется ввести в эксплуатацию порядка 31 объектов ВИЭ суммарной установленной мощностью 1040 МВт, включая: 4 СЭС – 77 МВт:

2.1.4. Практические результаты освоения гелиопотенциала на 2013 год

 Проект государственной организации «Самрук-Энерго» солнечной ЭС мощностью 2МВт в городе Капшагай запущенный в 2012 году не закончен.

Есть проекты, реализованные частными компаниями, не имеющими отношения к госпрограммам: СЭС мощностью 1 МВт ТОО «КазЭкоВатт» в поселке Отар Жамбылской области, СЭС мощностью 52 кВт районного акимата в ауле Сарыбулак Алматинской области.

2.2. Ветровая энергетика

 2.2.1. Методика расчета ветрового потенциала

 Основу исходной информации для определения климатических характеристик ветровых энергоресурсов составляют материалы регулярных наблюдений на сети метеорологических станций (Госкомгидромет СССР до 1991 г.). Как правило, указанные наблюдения производились на протяжении нескольких десятилетий и легли в основу расчетов и оценок, до сих пор используемых в Республике Казахстан государственными и частными организациями (министерства, комитеты, научно-исследовательские институты).

 1) По экспертным оценкам Министерства индустрии и новых технологий (МИНТ) Казахстана, ветроэнергетический потенциал оценивается в 920 млрд. кВт∙час электроэнергии в год. В рамках проекта «Казахстан - инициатива развития рынка ветроэнергетики» был изучен ветропотенциал на различных площадках в областях РК. По 8-ми из них были проведены предварительные инвестиционные исследования. На всех из них было подтверждено наличие среднегодовой скорости ветра (около 5-6 м/с) пригодной для успешной реализации проектов. В рамках проекта был разработан Ветровой атлас Казахстана.

2) По данным Министерства охраны окружающей среды (МООС) Казахстана теоретический ветропотенциал составляет около 1820 млрд. кВт/ч в год, что в 25 раз превышает объем потребления всех топливно-энергетических ресурсов республики, а экономический потенциал определен более чем в 110 млрд. кВт∙час, что в 1,5 раза больше годового внутреннего потребления энергоресурсов РК.

Для точной оценки ветропотенциала перспективных мест необходимы специальные метеорологические исследования с использованием метеомачт высотой 30-80 метров в течение, как минимум, одного года. Полученные метеоданные будут использованы для расчета годовой выработки электроэнергии ветроэнергетическими установками.

3) По оценкам отечественных экспертов, технический потенциал энергии ветра в республике составляет около 3 млрд. кВт∙час в год.

 4) Ветроэнергетический потенциал Казахстана экспертами ПР ООН оценивается в 0,929 - 1,82 млрд. кВт∙час в год. Исследования, проведенные в рамках проекта Программы развития ООН по ветроэнергетике, показывают наличие в ряде районов Казахстана общей площадью около 50 тыс. кв. км среднегодовой скорости ветра более 6 м/с. Это делает их привлекательными для развития ветроэнергетики. Наиболее значительными являются ветроэнергетические ресурсы Жунгарского коридора (17 млрд. кВт∙час на кв. м).

Как видно из карты ветропотенциала Казахстана, основные ветровые потоки на высоте 50-70 метров составляют от 4 до 5 м/с. Эксперты ПР ООН расчеты по потенциалу и определение перспективных площадок вели с использованием европейского опыта, где основными источниками служат мощные прибрежные ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения, рассчитанные на скорости ветра 5-12 м/с. Для Казахстана это не самый хороший пример, о чем можно судить по нижеследующим аргументам.  

Лопастной ветрогенератор (с горизонтальной осью вращения) начинает производить ток при ветре 3 м/с и отключается при ветре более 25 м/с. Максимальная мощность достигается при ветре 15 м/с. Отдаваемая мощность пропорциональна третьей степени скорости ветра: при увеличении ветра вдвое, от 5 м/с до 10 м/с, мощность увеличивается в восемь раз.

Наиболее эффективной конструкцией для территорий с малой скоростью ветровых потоков признаны ветрогенераторы с вертикальной осью вращения, т. н. роторные, или карусельного типа. Принципиальное отличие роторного генератора от лопастного состоит в том, что вертикальному генератору достаточно 1 м/с чтобы начать вырабатывать электричество. Сейчас все больше производится таких установок, так как далеко не все потребители живут на побережье, а скорость континентальных ветров обычно находится в диапазоне от 3 до 12 м/с. В таком ветровом режиме эффективность вертикальной установки намного выше. Стоит отметить, что у вертикальных ветрогенераторов есть ещё несколько существенных преимуществ: они практически бесшумны, и не требуют совершенно никакого обслуживания, при сроке службы более 20 лет. Системы торможения, разработанные в последние годы, гарантируют стабильную работу даже при периодических шквальных порывах до 60 м/с.

Предприятиями Казахстана и Российской Федерации совместно разрабатываются, изготавливаются и вводятся в эксплуатацию комплексные энергетические системы КЭС с основой на ветровой роторной турбине (ВРТБ) модельного ряда 2÷ 5÷10÷20 кВт.

 Они комплектуются солнечными преобразователями и аккумуляторами, интеллектуальными зарядными устройствами и средствами защиты по требованиям автономного объекта, обеспечивая надёжную подачу энергии потребителям.

2.2.2. Обоснованность строительства ВЭС в Казахстане

Интерес к развитию ветроэнергетики объясняется следующими факторами:

 - возобновляемый ресурс энергии, не зависящий от цен на топливо;

- отсутствие выбросов вредных веществ и парниковых газов;

- развитый мировой рынок производства ветроустановок;

- конкурентная стоимость установленной мощности (1000-1400 долл. США/ кВт);

- конкурентная стоимость электроэнергии, не зависящая о стоимости топлива;

- короткие сроки строительства ВЭС с адаптацией мощности ВЭС к требуемой нагрузке;

- возможность децентрализованного обеспечения электроэнергией для отдаленных районов.

Основная часть себестоимости энергии, произведенной ВЭС определяется первоначальными расходами на строительство (cтоимость 1 кВт установленной мощности составляет в среднем 1000 долларов США).

Ветровые генераторы в процессе эксплуатации не потребляют ископаемого топлива. Работа ветрогенератора мощностью 1 МВт за 20 лет позволяет сэкономить 29 тыс. тонн угля или 92 тыс. баррелей нефти.

Перспективными для Республики Казахстан являются следующие направления развития  ветроэнергетики:

- автономные  ветроэнергетические  комплексы малой мощности 2, 5, 10, 20, 100 кВт для питания обособленных объектов;

- энергетические комплексы средней мощности 200–800 кВт для питания  рассредоточенной нагрузки на территориях с низкой плотностью населения;

- энергетические комплексы с агрегатами большой мощности 1600–5000 кВт для использования в синхронизированных энергосистемах

  2.2.3. Программы и планы по использованию ветропотенциала

 1) Из Программы развития электроэнергетики до 2030 года (Постановление Правительства Республики Казахстан от 9 апреля 1999 года № 384)

« На основании имеющихся метеорологических данных были выбраны первые  площадки для сооружения ветровых электростанций (ВЭС):

 Джунгарская ВЭС - 40 МВт;

Шелекская  ВЭС - 140 МВт;

Сарыозекская ВЭС - 140 МВт;

Алакольская ВЭС - 140 МВт;

Каройская ВЭС - 20 МВт;

Шенгельдинская ВЭС - 20 МВт;

Курдайская ВЭС- 20 МВт. 

 Общая мощность этих ВЭС составит около 520 МВт с годовой выработкой электроэнергии около 1,8 - 2 млрд. кВт∙час. Инвестиции в строительство этих ВЭС составляет порядка 500 млн. долларов США.»

 2) Проектом развития ООН в 2006-2009 годах были проведены исследования и подготовлены рекомендации по развитию ветроэнергетики до 2024 года для Казахстана. Они были оформлены в программу развития ветроэнергетики до 2015 года с перспективой до 2024 года

«Программа предполагает использование ветроэнергетического потенциала страны для производства электроэнергии в объеме 900 млн. кВ*ч в год к 2015 году и 5 млрд. кВт∙час к 2024-му. Ожидается, что реализация этого документа будет способствовать снижению энергодефицита в удаленных регионах Казахстана, которые испытывают сложности в энергоснабжении в настоящее время.

Предполагалось, что в марте 2011 года в Жамбылской области Казахстана начнется реализация крупных проектов: Жанатасского (400 МВт) и Шокпарского (200 МВт) ветроэнергетических комплексов (ВЭК). Сумма инвестиций в их строительство составила около 1 млрд. долларов США.

К 2014 году при поддержке государства предполагается строительство следующих ВЭК:

- в районе Шелекского коридора установленной мощностью 51 МВт;

- в районе Жунгарских ворот (50 МВт на первом этапе);

- в Уланском районе ВКО (24 МВт) и некоторых других.»

 3) Из Программы по развитию электроэнергетики в Республике Казахстан на 2010 - 2014 годы (Постановление Правительства Республики Казахстан от 29 октября 2010 года № 1129)

«Ввод новых мощностей за счет реализации проектов по использованию  возобновляемых источников энергии (ветроэлектрические станции - ВЭС):

 в Алматинской области:
ВЭС в районе Шелекского коридора установленной мощностью 51 МВт, с вводом в 2011 году;
ВЭС в районе Джунгарских ворот установленной мощностью 50 МВт на первом этапе, с запуском в 2012 году;     

ВЭС в Уланском районе установленной мощностью 24 МВт, с вводом в 2011 году.
 в Мангистауской области:
ВЭС в Тубкараганском районе установленной мощностью 40 МВт, с запуском в 2012 году.
 в Акмолинской области:
ВЭС в Ерментауском районе установленной мощностью 35 МВт, с вводов в 2013 году.
 в Карагандинской области:
ВЭС в Каркаралинском районе установленной мощностью 10 - 15 МВт, с запуском в 2013 году.
в Южно-Казахстанской области:
ВЭС в Байдыбекском районе установленной мощностью 40 МВт, с запуском в 2014 году;

в Костанайской области:
ВЭС вблизи города Аркалык установленной мощностью 41 МВт, с запуском в 2014 году.»

 4) Из Плана мероприятий по развитию альтернативной и возобновляемой энергетики в Казахстане на 2013 - 2020 годы (Постановление Правительства Республики Казахстан от 25 января 2013 года № 43)

«Реализация проектов в области использования возобновляемых источников энергии. К 2020 году планируется ввести в эксплуатацию порядка 31 объектов ВИЭ суммарной установленной мощностью 1040 МВт, включая:

13 ВЭС – 793 МВт;

14 ГЭС – 170 МВт;

4 СЭС – 77 МВт.

Таблица. Перечень ВЭС, намеченных к строительству по Плану на 2013-2020 г.г.»

2.2.4. Практические результаты по освоению ветропотенциала на 20