Цифровой переход в электроэнергетике России

ЦСР подготовил экспертно-аналитический доклад, посвященный вызовам и перспективам технологического развития российской электроэнергетики и формированию предложений по повышению ее конкурентоспособности. Доклад подготовлен ЦСР при участии экспертов рабочей группы "Энерджинет" НТИ".

Основные тезисы доклада:

1.Особенности организации электроэнергетики в России – протяженная инфраструктура, низкая плотность потребления электроэнергии, большая доля промышленной нагрузки, социально-ориентированная политика, несовершенство рынка и отраслевого регулирования - приводят к постоянному росту цен на электроэнергию для бизнеса и постепенно становятся сдерживающим фактором для развития экономики страны. Существующий технологический уклад в электроэнергетике достиг предела своей эффективности и в перспективе 5 лет в ряде сфер, где потребители предъявляют более высокие требования к надежности, качеству, доступности, экологичности энергоснабжения, будет иметь меньшую конкурентоспособность по сравнению с решениями новой (цифровой) энергетики.

2. Цифровой переход в электроэнергетике позволяет не только повысить эффективность традиционной энергетической системы, но и открывает новые возможности для вовлечения в энергообмен распределенной генерации (в т.ч. на основе ВИЭ), систем накопления энергии, устройств и комплексов с регулируемым потреблением, для организации разнообразных энергетических сервисов. Основные изменения затронут сектор электроэнергетики, находящийся в близости к потребителям и базирующийся на инфраструктуре распределительных сетей 110 кВ и ниже. А структурные и технологические особенности построение энергосистем буду напоминать Интернет. Поэтому новый подход часто называют Интернет энергии (Internet of Energy).

3. В энергетической политике России предлагается сделать маневр по развитию розничного сегмента электроэнергетики на принципах Интернета энергии. Для этого необходимо «узаконить» появление новых субъектов (просьюмеров, активных потребителей, агрегаторов), дерегулировать отношения между ними, стандартизировать интерфейсы взаимодействия с ЕЭС, трансформировать энергетические рынки. Это приведет к сдерживанию роста цен (прогнозируется, что в 2035 году цены на электроэнергию могут быть на 30-40% ниже уровня цен инерционного сценария). Кроме того, российская высокотехнологичная промышленность и инжиниринг получат «рыночный трамплин» для выхода на глобальный рынок решений для новой энергетики ($40 млрд. – возможный объем выручки российских компаний в 2035 году).

В последние годы произошли изменения, заставившие пересмотреть требования к объектам генерации, сетевой инфраструктуре и в целом к организации электроэнергетики и электроэнергетических рынков. В настоящее время во всем мире данная сфера переходит к принципиально новому этапу развития и переживает кардинальную трансформацию, основным драйвером которой выступают технологические нововведения.

Внедрение комплекса новых решений (начиная с «зеленой» энергетики и новых поколений ядерных реакторов и заканчивая интеллектуальными автоматическими, т. н. «умными» электросетями и потребительскими сервисами на основе технологий «Интернета вещей») приводит к увеличению инвестиций и затрат на НИОКР в отрасли, росту венчурного финансирования и иным процессам.

Мировая энергетика столкнулась со следующими ключевыми вызовами:

ВЫЗОВЫ РОСТА СПРОСА. В мире в силу грядущего выхода из рецессии, увеличения уровня благосостояния жителей развивающихся стран и роста населения будет наблюдаться рост энергопотребления. Потенциально к 2035 году новыми потребителями станут порядка 1,3 млрд человек, не имеющих в настоящее время доступ к электроэнергии; 2,7 млрд человек, которые «готовят на дровах»; еще 1,6 млрд человек за счет прироста населения в мире. Это приведет к тому, что за обозначенный период потребление электроэнергии вырастет на 40–50%.

ВЫЗОВЫ ИЗМЕНЕНИЯ КАЧЕСТВЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СПРОСА. Новая индустриализация в рамках разворачивающейся в мире т. н. четвертой промышленной революции будет происходить на новой технологической базе (цифровые системы, аддитивные и высокоточные производства), зачастую чувствительной к надежности энергоснабжения и качеству электроэнергии. Это определяет появление и развитие «цифрового спроса», доля которого в ряде стран, по некоторым оценкам, составит 20–30% к 2030 году.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ВЫЗОВЫ. По данным Международного энергетического агентства, электроэнергетика является источником 42% антропогенных выбросов парниковых газов. Но даже безотносительно к вопросам глобального потепления, рост использования ископаемых топлив ведет к ухудшению экологической обстановки, что сказывается не только на качестве жизни, но и на уровне расходов государства и корпоративного сектора на социальное обеспечение, здравоохранение, экологические мероприятия и т. д. В странах с более высоким уровнем доходов фиксируется рост платежеспособного спроса на экологичную, надежную, доступную энергетику как важный элемент качества жизни.

ИНВЕСТИЦИОННЫЕ ВЫЗОВЫ. В силу того, что энергосистемы развитых стран в их текущем виде были созданы не позднее 1950–1960-х, они требуют существенных затрат на поддержание, обновление и модернизацию. Традиционные энергосистемы индустриального типа строились в ситуации высокого уровня накоплений и мощного госинвестирования, а также инвестиций из частных источников. Но за последние 30 лет уровень накоплений в развитых странах заметно упал, государство сократило уровень вмешательства в экономику. Банковский же капитал не проявляет интереса к «большим» проектам.

ВЫЗОВЫ НОВОЙ УРБАНИЗАЦИИ. В 2012 году доля городского населения планеты превысила 50%, и урбанизация в развивающихся экономиках продолжается ускоряющимися темпами. Разрастание старых и появление новых городов формирует запрос на переход к городской энергетике нового поколения: с высокой концентрацией мощностей, существенным запасом прочности и возможностями роста с учетом экономии дорогостоящих городских земель для размещения энергетических объектов. Эти объекты должны обеспечивать приемлемую стоимость присоединения к инфраструктуре и дифференцированную по различным характеристикам стоимость электроэнергии для потребителей.

Во многих развитых странах мира реализуются сценарии, трансформирующие электроэнергетику на базе клиентоцентричных распределенных архитектур энергосистем (данное направление принято называть energy transition — энергетический переход). Данный переход ориентирован на масштабное использование распределенной возобновляемой энергетики, на вовлечение частных инвестиций и формирование децентрализованных рынков. Он также подразумевает интеллектуализацию инфраструктуры и переход потребителей к активным, просьюмерским моделям поведения: потребители превращаются в поставщиков электроэнергии.

Вызовы для российской электроэнергетики имеют свои особенности, что связано с избытком традиционных топливно-энергетических ресурсов, большой и протяженной территорией с низкой плотностью сети населенных мест, специфическими социально-экономическими факторами. Но в то же время они перекликаются с глобальными вызовами и вызовами для стран с близкими условиями.

Ключевым вызовом для отрасли России остается растущая неэффективность электроэнергетического сектора, приводящая к повышению тарифов и цен на электроэнергию для промышленных и коммерческих потребителей. Вызов обостряется и тем, что современные потребители становятся все более требовательными в отношении доступности, надежности и качества электроэнергии. В этом контексте следует понимать, что отрасль, базирующаяся на традиционных технологиях, не способна существенно повысить свою эффективность, а также удовлетворить новые требования потребителей без заметного роста стоимости электроэнергии.

Дополнительным фактором низкой эффективности российской электроэнергетики является низкий технологический уровень тепловых электростанций, составляющих 68% генерирующих мощностей РФ (средний КПД ТЭС России не превышает 40%, в то время как КПД ТЭС, работающих в парогазовом цикле, составляет от 50 до 60%), а также постепенная «деградация» тепловой энергетики, что приводит к снижению эффективности использования тепловых мощностей (28% когенерационной выработки в настоящее время против 34% в 1991 году), низкой топливной эффективности (53% в России против 80% в Скандинавии), большим потерям тепла (60% в России против 20% в Финляндии).

Нарастающее старение основных средств и динамика спроса на электроэнергию определяет в 2022–2025 годы начало нового инвестиционного цикла в российской электроэнергетике. По оценке экспертов, при инерционном сценарии развития для модернизации объектов энергетики и строительства новых мощностей до 2035 года потребуются инвестиции в размере 250–300 млрд долл.

Перенос стоимости генерирующих и сетевых мощностей на тарифы и конечные цены на электроэнергию в ближайшем будущем приведет к тому, что цена на электроэнергию для промышленности в России превысит цену в США и почти сравняется со средней ценой в странах ЕС: это негативно скажется на конкурентоспособности экспортируемой продукции российской промышленности с ее традиционно высокой удельной энергоемкостью производства.

Также необходимо учитывать состояние отечественного энергомашиностроения и инжиниринга. При строительстве и модернизации объектов электроэнергетики и инфраструктуры в РФ задействуется высокая доля импортного оборудования и инжиниринговых работ. В определенной степени в связи с этим за последние годы продолжает ухудшаться состояние российского энергетического машиностроения, электротехнической промышленности и инжиниринга, технологическое отставание которых от зарубежных конкурентов усиливается, место на иностранных рынках сокращается, и сама эта отрасль переходит к своеобразному изоляционизму, грозящему непреодолимым отставанием и ее постепенным исчезновением. Вместе с тем, сегодня происходит трансформация глобального рынка энергетического оборудования и систем, что создает окно возможностей для России.

Это говорит о том, что потребность в развитии в Российской Федерации высокотехнологичной электроэнергетики уже сформировалась. В данной связи необходима ориентация государственной политики в сфере электроэнергетики на реализацию инновационного сценария, позволяющего на основе новой технологической модели сдерживать рост цен для потребителей и формировать научно-технологическую и промышленную готовность для захвата ниш на глобальном рынке оборудования, систем и сервисов для новой отрасли.

В данный момент отраслевые стратегические и прогнозные документы Российской Федерации в большей степени делают ставку на эволюционный сценарий развития электроэнергетики, который «во многом сохраняет привычную для российского ТЭК среду с достаточно высокими мировыми ценами и спросом на энергоресурсы», а в части технологической политики устанавливает приоритет обеспечения «технологической независимости энергетического сектора и достаточных компетенций во всех критически важных для устойчивого развития энергетики видах деятельности». Более революционный сценарий, ориентированный на переход к новому технологическому укладу, считается маловероятным или актуальным за горизонтом 2025 года.

Вместе с тем в отрасли сформировано понимание того, что реализация инновационного сценария необходима — не столько для соответствия мировым трендам, сколько для снижения риска потери конкурентоспособности России на формирующихся глобальных рынках новой электроэнергетики, а также для решения внутренних проблем. На обозначенные выше вызовы способен ответить новый технологический пакет, обеспечивающий переход от аналоговых к цифровым способам управления в электроэнергетической отрасли и поддерживающий трансформацию моделей поведения потребителей, а также бизнес-практик энергоснабжающих и сервисных компаний.

Этот пакет включает технологии производства электроэнергии на основе распределенных (в том числе возобновляемых) источников, технологии хранения электроэнергии, управляемого преобразования и коммутирования, интеллектуального управления потоками мощности, технологии контроля и управления агрегированными энергетическими ресурсами, гибкой организации экономических отношений и др.

Иными словами, речь идет о переходе к новой технологической парадигме в электроэнергетике, представляющей организацию энергоснабжения в розничном секторе как экосистему производителей и потребителей энергии, которые беспрепятственно интегрируются в общую инфраструктуру и обмениваются энергией. Такой подход по аналогии осуществляемых взаимодействий также получил название «Интернет энергии» (Internet of Energy). При существенном масштабе распространения технологий нового пакета и их сбалансированном сочетании с традиционной электроэнергетикой (технологическая модернизация которой также должна быть предусмотрена) может быть обеспечено значительное повышение эффективности всей энергосистемы России.

Основной целью государственной политики в данной области, в свою очередь, должно стать формирование регуляторных условий для обеспечения развития электроэнергетики на основе новых технологий, создающих новые возможности для потребителей и обеспечивающие повышение системной эффективности. При этом основные мероприятия должны быть завершены уже к 2022–2025 годам, когда, по оценкам экспертов, в отрасли наступит новый инвестиционный цикл.

Стратегический маневр, таким образом, может состоять в том, чтобы в качестве приоритета трансформации российской электроэнергетики использовать новую технологическую платформу, поддерживающую создание в кооперации с традиционной энергосистемой рыночных экосистем активных потребителей, просьюмеров, агрегаторов и других субъектов распределенной энергетики. Такой переход поможет мобилизовать предпринимательские инициативы в отрасли и привлечь частные инвестиции, обеспечит «творческое давление» на электроэнергетическую инфраструктуру, повысит уровень конкуренции.

Технологические компании, предприятия энергетического машиностроения и инжиниринга смогут получить «рыночный плацдарм» для роста и развития. Это позволит не только обеспечить инновационное развитие национальной электроэнергетики, но и занять отечественным компаниям значимые ниши на быстрорастущем глобальном рынке оборудования, систем и сервисов нового энергетического уклада. В России уже сформировался целый слой высокотехнологичных компаний («Таврида электрик», «КЭР-холдинг», «РТСофт», Tibbo Systems, Qiwi, «Лаборатория Касперского», «Яндекс» и др.), которые обладают современными конкурентными решениями и компетенциями, а также опытом работы на глобальных рынках. Именно подобным игрокам может быть отведена роль лидеров новой российской электроэнергетики.

Эксперты ЦСР предлагают зафиксировать следующие приоритетные направления в технологической повестке российской государственной политики в сфере электроэнергетики на среднесрочную перспективу:

1. Запуск открытых модульных цифровых платформ для организации киберфизических систем и сред в электроэнергетике;

2. Разработка интеллектуальных мультиагентных систем управления;

3. Становление рыночного сегмента систем хранения электроэнергии (от аккумуляторов для электромобилей и бытового сектора до систем хранения электроэнергии большой емкости, в том числе технологии хранения электроэнергии в водородном цикле);

4. Развитие сектора перспективной высоковольтной и высокочастотной силовой электроники;

5. Внедрение технологий «Интернета вещей» (цифровые датчики, сенсоры, актуаторы и средства коммуникации);

6. Использование цифровых финансовых технологий (блокчейн, смарт-контракты, децентрализованные автономные организации).

Препятствием для реализации стратегического маневра является то, что в сложившихся институциональных условиях основные субъекты рынка и инфраструктурные организации в основном не заинтересованы в переходе к новому технологическому пакету и к новой архитектуре в отрасли. При этом розничные потребители и субъекты распределенной энергетики зачастую остаются вне поля конкурентных механизмов и сталкиваются с регуляторными барьерами для реализации новых технологических подходов к энергоснабжению.

В этой связи, по мнению авторов доклада, определяющим условием для развития новой электроэнергетики в России должно стать изменение архитектуры розничного сектора рынка электроэнергии, дерегулирование экономических отношений его субъектов, создание упрощенных интерфейсов технологического и информационного взаимодействия объектов распределенной энергетики с ЕЭС, создание механизмов распределения системного экономического эффекта.

Эти действия должны привести к появлению нового класса рыночных субъектов — активных потребителей и просьюмеров, операторов микроэнергосистем и агрегаторов распределенных энергетических объектов, различных сервисных организаций. Данный класс субъектов будет заинтересован в использовании новых технологий и создаст спрос на высокотехнологичное оборудование и сервисы. Потребители, в свою очередь, получат возможность выбора вариантов энергоснабжения, что будет способствовать развитию конкуренции в отрасли.

Кроме того, отдельное внимание может быть также уделено интенсификации процессов создания, апробации и внедрения новых технологий и практик в отрасли. Итогом реализации стратегического маневра должно стать повышение привлекательности российского сектора электроэнергетики для инвесторов. С точки зрения государственной политики для реализации предлагаемого технологического маневра целесообразно предпринять ряд мер институционального и организационного характера:

1. Создать стратегический консорциум (инвестиционное технологическое партнерство) в составе компаний — поставщиков технологических решений, потребителей и регулятора для реализации перехода к новой технологической парадигме в электроэнергетике;

2. Сформировать регуляторные условия для появления новых субъектов электроэнергетики и реализации гибких форм их участия в энергообмене;

3. Пересмотреть практику перекрестного субсидирования в электроэнергетике с целью получения более точных и стимулирующих экономических сигналов, направленных на технологическое обновление и повышение энергоэффективности в тех областях электроэнергетики, где это может принести наибольший результат;

4. Разработать меры для стимулирования применения современных инновационных решений в электроэнергетике;

5. Создать российское агентство передовых исследований и разработок в сфере энергетики (по аналогии с ARPA-Е в США) и другие механизмы реализации приоритетных технологических направлений политики Российской Федерации в сфере электроэнергетики;

6. Разработать долгосрочную программу поддержки экспорта высокотехнологичных продуктов и сервисов в сфере электроэнергетики.

Реализация инновационного сценария технологического развития электроэнергетики, по оценке экспертов рабочей группы Национальной технологической инициативы в сфере энергетики («Энерджинет»), создаст предпосылки для сдерживания роста цен на электроэнергию (прогнозируется, что цены на электроэнергию в 2035 году могут быть снижены на 30–40% относительного инерционного сценария развития электроэнергетики) за счет повышения эффективности использования генерирующих и сетевых мощностей, существенного сокращения потребности в новых мощностях, сокращения потерь энергии, снижения стоимости владения базовой инфраструктурой. Кроме того, будет сформирован научно-технологический и промышленный потенциал для масштабного экспорта оборудования, систем и услуг на глобальные рынки (уровень доходов российских компаний может составить в 2035 году около 40 млрд долл.).