Проблема пилы ВИЭ: проточные ванадиевые аккумуляторы

Рассказывая о системах хранения энергии, обычно описываются проекты, которые реализуются в Европе, США и Австралии. Меж тем, важнейшие события, которые повлияют на весь мировой рынок накопителей энергии, происходят на Востоке, в Китае.

Китайская компания Pu Neng подчеркивает, что её технология проточных аккумуляторов допускает практически неограниченное количество полных циклов зарядки и разряда без существенного ухудшения характеристик. Это подтверждается в другом исследовании: проведенные испытания показали, что 14 тысяч полных циклов зарядки и разряда ванадиевых проточных аккумуляторов не привели к изменению исходных качеств. В этом их преимущество над литий-ионными батареями, и благодаря этому они лучше подходят для стационарных систем хранения энергии. Кроме того, проточные аккумуляторы легко масштабируются до практически неограниченных размеров.

Китай, как известно, сталкивается с проблемами развития сетевого хозяйства, которое не поспевает за бумом строительства солнечных и ветровых электростанций, в результате чего в стране теряется значительная часть вырабатываемой чистой электроэнергии.

22 сентября китайская Национальная комиссия по развитию и реформам (National Development and Reform Commission — NDRC) выпустила Руководство по продвижению технологий хранения энергии и развитию соответствующей промышленности (Guidance on the Promotion of Energy Storage Technology and Industry Development), направленное на ускорение развертывания накопителей энергии.

При этом, хотя Китай является крупнейшим производителей литий-ионных аккумуляторов, на основе ряда событий можно предположить, что важную роль на китайском рынке будут играть ванадиевые проточные редокс аккумуляторы (Vanadium redox (flow) batteries).

Новая политика предусматривает запуск пилотных проектов, включая строительство многочисленных 100-мегаваттных накопителей энергии на основе ванадиевых проточных аккумуляторов к концу 2020 года с целью дальнейшего крупномасштабного развертывания подобных проектов в течение последующих пяти лет.

Компания Pu Neng, один из ведущих мировых поставщиков технологий хранения энергии на основе ванадия в мире, была выбрана для строительства накопителя энергии мощностью 3 МВт и емкостью 12 мегаватт-часов. Это первая фаза демонстрационного проекта Hubei Zaoyang с параметрами 10 МВт/40 МВТ*ч в китайской провинции Хубэй. Данный накопитель будет построен в городе Цзаоян в целях интеграции в электрическую сеть большой солнечной фотоэлектрической электростанции. После реализации пилотного проекта планируется более крупная система хранения энергии мощностью 100 МВт и емкостью 500 МВт*ч, которая станет основой новой умной сети (smart energy grid) в провинции Хубэй. Этот мощный накопитель энергии будет выполнять роль пиковой электростанции, обеспечивающей надежность энергоснабжения и сокращение выбросов парниковых газов.

Для реализации проекта Pu Neng заключил контракт с местной металлургической и технологической компанией Hubei Pingfan Vanadium Energy Storage Technology Company, крупным производителем Ванадия.

О начале бурного роста распространения ванадиевых проточных аккумуляторов свидетельствует и следующая история.

В начале 2017 года в Даляне в провинции Ляонин была открыта гигафабрика по производству ванадиевых проточных аккумуляторов компании Rongke Power. До конца года завод планирует произвести накопители энергии суммарной мощностью 300 МВт, а в дальнейшем довести выпуск до 3 ГВт (!) в год. Подчеркну, что данные аккумуляторы не используются в электромобилях, а только в стационарных системах хранения энергии. То есть на основе сведений о будущих объемах производства и с учётом того, что это не единственная фабрика, можно представить себе объемы рынка хранения энергии, на которые замахиваются китайцы.

Там же в Даляне уже строится гигантский накопитель энергии (мощность 200 МВт, емкость – 800 МВт) на основе ванадиевых проточных аккумуляторов. Первая очередь на 100 МВт должна быть введена в эксплуатацию уже в текущем году, оставшаяся часть – в 2018.

Данная система хранения энергии будет работать в местной электрической сети провинции Ляонин, и, так же как в предыдущем примере, выполнять функции пиковой электростанции, не потребляя при этом дефицитную в регионе воду.

В заключение отмечу, что в вышедшем на прошлой неделе исследовании экономики накопителей энергии от инвестиционного банка Lazard подчеркивается, что проточные аккумуляторы в экономическом плане уже не проигрывают литий-ионным.

Таким образом, представляется вероятным, что ванадиевые проточные (редокс) аккумуляторы в ближайшее время займут видное место в энергетике в качестве крупномасштабных систем хранения энергии.

Опубликован очередной, одиннадцатый доклад инвестиционного банка Lazard «Приведённая стоимость энергии» (Levelized cost of energy analysis — 11.0)

В исследовании сообщается о дальнейшем снижении стоимости генерации в возобновляемой энергетике, в первую очередь ветровых и крупных (utility scale) фотоэлектрических солнечных электростанций.

Поскольку приведённая стоимость киловатт-часа (LCOE) в солнечной и ветровой энергетике снижается (по сравнению с прошлогодним исследованием она снизилась на 6%), «в ряде сценариев полные удельные расходы жизненного цикла (CAPEX + OPEX) проектов ВИЭ упали ниже только операционных затрат традиционных технологий, таких как угольная и атомная генерация. Ожидается, что это приведет к продолжительному и масштабному внедрению альтернативных энергетических мощностей».

Несмотря на снижение темпов удешевления технологий возобновляемой энергетики, разрыв между ними и традиционной генерацией будет увеличиваться, поскольку издержки последней находятся на стабильном уровне (уголь) или возрастают (атомная энергетика). В частности, LCOE мирного атома повысилась примерно на 35% по сравнению с прежними оценками, отражая рост капитальных затрат, отмеченный у различных строящихся сегодня объектов.

Интервал приведенной несубсидируемой стоимости электроэнергии (LCOE), вырабатываемой фотоэлектрическими солнечными электростанциями, составляет, по расчетам Lazard, $46-$53 (кремниевые технологии) и $43-$48 (тонкопленочные технологии). Интервал LCOE в материковой ветроэнергетике — $30-$60 за мегаватт-час. При этом у самой доступной из традиционных технологий генерации (парогазовой): $42-$78/МВт*ч (см. график).

В исследовании приводятся оценочные данные приведенной стоимости энергии для фотоэлектрических солнечных электростанций, оснащенных накопителями энергии (отмечено оранжевым ромбом). Как мы видим, добавление накопителя, по расчетам авторов, увеличивает LCOE всего в два раза – до вполне приемлемой величины $82/МВт*ч.

В своём анализе Lazard использует эмпирические данные и допущения (стр. 18-20), на основе которых получает результат. Здесь следует учитывать следующее.

Экономика ветровой и солнечной энергетики — относительно простая штука. Стоимость единицы энергии определяется главным образом 1) капитальными затратами, 2) стоимостью капитала (процентной ставкой) и 3) коэффициентом использования установленной мощности (КИУМ), который, в свою очередь, зависит от а) местоположения объекта — в первую очередь, и б) качества проектирования и оборудования.

Что касается структуры капитала, Lazard в своей модели берет 60% долга по ставке 8% годовых и 40% собственного капитала с доходностью 12% годовых. Это весьма щедрые допущения с учетом нынешнего низкого уровня процентных ставок в развитых странах.

Капитальные затраты в фотоэлектрической солнечной энергетике, по данным Lazard, находятся в интервале $1100-$1375 на киловатт установленной мощности (для рассматриваемых в модели объектов установленной мощностью 30 МВт). Это абсолютно реалистичное допущение с учетом нынешней статистики. То же самое касается материковой ветроэнергетики, где берется расчетный интервал $1200-$1650/кВт.

КИУМ фотоэлектрических солнечных электростанций аналитики оценивают в 21-30% (для кремниевых технологий) и 23-32% (для тонкопленочных). Это соответствует статистическим данным, опубликованным Управлением энергетической информации (EIA) Министерства энергетики США, по которым средний КИУМ фотоэлектрических солнечных электростанций в стране в 2016 году был равен 27,2%.

Для ветроэнергетики Lazard делает достаточно оптимистичные предположения касательно КИУМ (38-55%). В статистике от EIA мы видим средний результат в 2016 году – 34,7%. В то же время надо учитывать, что расчет LCOE производится для новых электростанций. В 2016 средний КИУМ объектов ветроэнергетики, введённых в США в 2014 и 2015 годах, составил 42,6%. То есть допущение аналитиков банка нельзя назвать слишком уж агрессивным.

В исследовании не учитываются так называемые интеграционные расходы – затраты, связанные с добавлением стохастичной выработки ветровых и солнечных электростанций в энергосистему. При этом следует учитывать, что интеграционные расходы возникают для любых новых объектов, независимо от технологий генерации, а дополнительные затраты, связанные с нестабильностью и переменчивостью выработки, в среднем невысоки. По этому вопросу можно посмотреть, например, позицию Международного энергетического агентства.

В своих расчетах Lazard использует американские данные. В то же время обоснованно подчеркивается, что «возрастающее экономическое преимущество возобновляемых источников энергии в США имеет глобальные последствия, поскольку в США традиционные энергетические технологии относительно дешевле в эксплуатации, чем в других развитых странах. Учитывая более высокие издержки в традиционной генерации в других странах, экономика альтернативных источников энергии выглядит еще более привлекательной».