Немецкий план "энергетического поворота" Energiewende родился в 90х годах, и много лет был путеводной звездой для поклонников возобновляемой энергетики. Еще в начале 2000х этот план ставил задачу по значительному проникновению ВИЭ-генерации в энергосистеме Германии - десятки гигаватт мощностей, сотня терават*часов годовой выработки - и это когда вся ветрогенерация Германии не достигала нескольких гигаватт, а солнечные батареи вообще были дорогостоящей технологией, с максимальными размерами электростанций не больше пары мегаватт.

Абстрагируясь от мотивации перехода на ВИЭ, нельзя не отказать в логичном подходе, как его можно провести:

1. ВИЭ-генерация неконкурентоспособна, но нет физических ограничений по уменьшению стоимости, значит надо создать искусственный рынок.

2. Рынок этот можно создать за счет граждан, которые в целом “за” переход на ВИЭ - добавляем к тарифу на электроэнергию граждан дополнительный налог, который перераспределяется среди ВИЭ-генераторов, так называемый FIT.

3. Раз генерация за счет этого становится выгодной, то рынок ВИЭ-оборудования резко растет, за счет объемов производства и затем - конкуренции.

4. После того, как ВИЭ становится конкурентными, налог FIT можно убрать, и получить свершившийся переход.

5. Побочно получаем еще и возникновение новой индустрии, которая будет зарабатывать везде в мире, когда он тоже решит перейти на ВИЭ (подобную тему в 80х провернула Дания).

   Много лет все шло по плану, и даже лучше плана - действительно возник рынок, действительно энергооборудование для, например, солнечной фотовольтаики, подешевело в 15 раз с 2000 года, а заданную планку Energiewende по достижению X% ВИЭ-генерации к Y году пришлось неоднократно повышать, т.к. рынок рос даже быстрее.

Единственной побочкой стало массовое банкротство в начале 2010х немецких производителей солнечных панелей, выдерживающих конкуренции с Китаем.

Однако, последние несколько лет, что-то пошло не так, и масштаб этого “не так” постепенно разрастается.

Прежде всего, в Energiewende всегда закладывался экспоненциальный рост установленных мощностей солнца и ветра, который, впрочем в какой-то момент должен был перерастать в линейный. В реальности же произошло вот это:

Разбивка новых мощностей солнечных электростанций по годам

Такое драматичное падение вызвано быстрым падением субсидирующего налога FIT и банкротством немецкого производства СБ, и даже продолжающееся драматичное падение стоимости солнечных батарей (с 2012 по 2016 год стоимость 1 ватта СБ упала с 1 доллара до 40 центов) не особо оживляет умершую установку.

Впрочем, на первый взгляд, это может показаться локальной проблемой. Ежегодное прибавление мощности ветрогенерации в Германии держится ровно на ~2-3 гигаваттах уже несколько лет, а доля ВИЭ-генерации в общем производстве электроэнергии каждый год бьет новые рекорды, достигнув в 2016, например, 34% - всего на 1% меньше планки Energiewende на 2020! Но на деле, постоянный рост ВИЭ с определенным при снижающихся субсидиях темпом критически важен для решения других проблем энергосистемы, базирующейся на ВИЭ: балансировки сети и переменчивости.


Генерация Германии по разным видам в 2016 году. Интересно, что для замещения всей атомной генерации к 2022 году надо удвоить установленные мощности ветроэлектростанций, и для этого учетверить темп установки ветромощностей (или удвадцатерить установку солнечной генерации).

Это две сцепленные проблемы, связанные с принципиальной и неуправляемой переменчивостью мощности генерации возобновляемых энергоисточников. Балансировка, т.е. перенаправление избытка электроэнергии туда, где ее генерируется недостаточно способна сгладить на масштабах страны переменчивый характер. Но не убрать его полностью - для этого же требуется либо многократная “переинсталляция”, т.е. установка ВИЭ в многократно превышающих среднюю потребность объемах либо аккумуляторы, либо какой-то микс из этих идей. В любом случае, для перехода от 30% доли ВИЭ в производстве электроэнергии к 60% вам нужно больше денег, чем для перехода от 0 до 30%. И эти деньги должны были взяться из снижающихся субсидий ВИЭ-генераторов, а так же из дешевеющего оборудования. Последнюю мысль стоит пояснить подробнее:

Так как расходы на обслуживание солнечных электростанций ничтожны, и основное в себестоимости электроэнергии - это капитальные расходы, возврат которых растянут во времени, существовала надежда, что даже при снижающейся цене киловатт*часа появление новых солнечных электростанций в Германии будет продолжаться возрастающим темпом, т.к. есть рыночная, несубсидируемая цена,  на которой и будут зарабатывать владельцы СЭС с подешевевшим оборудованием после отмены субсидий. Однако, поскольку потребление электроэнергии не растет, эта цена тоже начала снижаться, а с учетом динамического ценообразования - уходить в отрицательную область на пиках солнечной генерации. Характерным элементом этого стал возросший экспорт электроэнергии из Германии В целом это очень большая проблема энергетики, которая не позволяет строить новые несубсидируемые электростанции, например атомные, и как не странно, она стала стеной, в которую уперлась и солнечная генерация.


Иллюстрация экономических проблем энергетики и опасности создания искусственных перекосов: цены на электроэнергию на споте 8 мая 2016 года уходили ниже минус 1 евро за киловатт*час (график не позволяет это отобразить), т.е. гигаваттная АЭС за каждый час работы в таких условиях должна была заплатить сетям больше миллиона евро.

Вишенкой на торте стало резкое ухудшение в последние годы экономического самочувствия традиционной генерации - с одной стороны возросшая конкуренция с ВИЭ-генераторами, с другой стороны положение “нелюбимой жены”, не нужной по окончанию энергоперехода начало приводить к выбыванию тепловой генерации, которая грозит усилится в ближайшие годы.

Тем временем, оказалось, что и масштабы сетевого строительства для энергоперехода в Германии были недооценены. Я не будут останавливаться на проблемах в этом , но например, одной и последний новостей стали сетевые ограничения на ввод оффшорных ветроэнергетических станций в 0,9 ГВт (при том, что в 2015 году было введено 2,4 ГВт оффшорного ветра).

Снижение от траектории роста, ограниченные возможности по перетокам электроэнергии усугубляют проблему переменчивости генерации ВИЭ. Интересно сравнить два момента:

График генерации и импорта электроэнергии энергосистемы Германии. ВИЭ - желтый и зеленый, курсор стоит на 12.45 8 Мая 2016 года.

8 мая 2016 года, солнечная и ветряная генерация вырабатывает почти 70% электроэнергии, снижая биржевую цену э/э в отрицательную область, вызывая массовое выключение традиционной генерации и сильный экспорт. И второй момент, январь 2017 года:

ВИЭ вырабатывают всего около 5% потребностей сети, а газовые и угольные мощности выводятся на максимум, причем эта ситуация продолжается уже 10 дней!

Разумеется, такие перепады не являются чем-то неожиданным. На сегодня именно обремененная долгами традиционная генерация выполняет роль резерва, и финансовые проблемы ее будут возрастать по мере замещения альтернативными источниками: в итоге по видимому содержание 100% резерва ВИЭ генерации будет возложено на самих ВИЭ-генераторов, интересно, какая динамика цен и строительства электростанций нас ждет при такой структуре рынка.

Кстати, тут стоит вспомнить о новом растущем рынке - аккумулирующих станций на базе литий-ионных АКБ. С одной стороны, чем больше переменчивости в генерации, тем более выгодны такие станции, с другой стороны для масштаба Германии такая задача не решается. Простой взгляд на картинку выше показывает, что объем хранилища должен быть порядка 5 ТВт*ч, а исторический поиск “замираний” в ветре и солнце поднимает эту цифру до 7,5 ТВт*ч. При перспективной стоимости аккумуляторных станций в 300 долларов за квт*ч, получается около 2,5 трлн евро - т.е. сборы FIT за 250 лет, и что забавно - годовое производство литий-ионных аккумуляторов за 75 лет. В настоящее время, очевидно, роль резерва может выполнять только традиционная генерация, и только в небольшой части - гидроаккумулирующие станции и в еще меньшей - остальные технологии.

Energiewende в целом является попыткой настройки экономических стимулов, но оказывается, что в такой комплексной энерго-экономической системе человеческий разум слишком слаб, чтобы предположить как заданное искажение стимулов в реальности будет влиять на динамику происходящего. В итоге сегодня власти Германии имеют сразу набор неприятных проблем, которые очень сложно решить путем введения одного-двух экономических механизмов, а ручным управлением можно добится еще большего хаоса.

Вам кажется, что я преувеличиваю? Последние два сюжета:

Мотивом Energiewende была забота о снижении выбросов СО2 в рамках борьбы с глобальным потеплением. Целевые задачи по снижению СО2-эмиссии заложены во всех законопроектах EEG, которые заложили план Энергоповорота. Иииии… Германия, похоже, не уложится в планы по выбросам СО2 в 2020 году!

Выбросы СО2 в Германии (при производстве электричества - нижний красный столбик), и цель 2020 года - 749 млн тонн.

Напомню, что кроме видимого “перелета” тренда над целью, к 2020 году германия закроет еще 4 ГВт атомных мощностей, и с учетом вялой динамики новых установок ВИЭ, компенсировать их будет, похоже - углем. Похоже, что только серьезный экономический кризис в Германии до 2020 года позволит выполнить задачи Energiewende по показателям эмиссии СО2.


Удивительно, но рост доли ВИЭ-выработки (красный график, левая шкала) не влияет на общие выбросы СО2 при производстве электроэнергии

Второй момент. Экстраполируя сегодняшний темп установок ветряных и солнечных мощностей к 2035 году мы получим долю генерации ВИЭ в 52-57%, при целевой планке в 60-65%. И если предыдущие 10 лет реальность обгоняла планы за счет экспоненциального роста установки, то сегодня как бы не пришлось столкнуться с противоположным трендом, когда планы придется корректировать вниз.

Подводя итог, хочется сказать, что похоже даже немецкий порядок и профессионализм не сумели сходу пока преодолеть задачу перевода большой энергосистемы на возобновляемые источники энергии. Конечно, линейная экстраполяция, которая подвела проектировщиков Energiewende не поможет и мне в попытке предсказать, что будет с этой ситуацией через 5 или 15 лет, но пока как мне кажется нас ждет сохранение статус кво - доли ВИЭ-выработки в районе 40% от общегерманской. С другой стороны Германские власти предпринимают усилия по модификации стимулов переходя от FIT субсидий на аукционы на субсидируемые мощности - больше денег на меньшее количество, так сказать к ручному управлению.


Хотя цели 2025 года достигаются и не смотря на снижение динамики, с 2035 все не так радужно.

Кстати, такое сочетание сложившихся факторов - переменчивость ВИЭ и трудности со снижением СО-эмиссии могут помочь проектам атомных электростанций типа недавней истории NuScale, в проспектах которой часто упоминается ее глубокая маневренность и хорошая сочетаемость с ВИЭ-проектами. Будущее в виде переменчивых возобновляемых источников и поддерживающих их высокотехнологичных атомных генераторов было бы интересным.

P.S. Красивые графики взяты в прекрасной информационной системе https://energy-charts.de/

ИСТОЧНИК