Зелена утопія добігає кінця. Світ знову потребує атомної енергії та газу (Олексій Бутенко)
Протягом останніх двох десятиліть людство було захоплене привабливою концепцією енергетичного майбутнього. Ми плануємо звести більше сонячних електростанцій, встановити додаткові вітрові турбіни, інтегрувати акумуляторні системи, а також поступово відмовитися від атомної, вугільної та газової генерації. В результаті цього процесу ми сподіваємося отримати одночасно екологічну, економічну та надійну електрику.
На презентаціях ця модель виглядала майже бездоганно. Але енергетика -- це не презентація. Це фізика, інженерія та економіка.
Я підтримую розвиток відновлювальної енергетики. Сонячна та вітрова енергія, безумовно, повинні грати ключову роль у майбутньому енергетичному балансі. Проте, я вважаю, що за останні два десятиліття ми допустили серйозну помилку: почали змішувати поняття доступних джерел енергії з надійними та економічними енергетичними системами.
Це зовсім інші поняття.
Сонячна електростанція дійсно здатна генерувати електроенергію за дуже вигідною ціною за мегават-годину. Однак, з настанням темряви, її виробництво практично зупиняється. Вітрові електростанції також можуть демонструвати відмінну економічність, але оператор енергетичної системи не має можливості прогнозувати вітер на сьому годину вечора в холодний зимовий день, коли спостерігається пікове навантаження.
Електрична енергія необхідна не лише в моменти, коли її виробництво є зручним. Вона стає важливою в ті моменти, коли економіка потребує її споживання.
Тут і розкривається справжня цінність зеленої трансформації.
Чим більше в системі використовується погодозалежної генерації, тим більше необхідно розвивати супутню інфраструктуру: високовольтні лінії, підстанції, інтерконектори, системи балансування, накопичувачі енергії та резервні джерела генерації, що підлягають управлінню.
Ми навчилися швидко зводити сонячні та вітрові електростанції, але будівництво електричних мереж не може відбуватися з такою ж швидкістю. Наразі у світі налічується більше 2500 ГВт нових джерел енергії, накопичувачів і великих споживачів, які очікують на приєднання до мережі. Щорічно на мережеву інфраструктуру витрачається приблизно 400 мільярдів доларів, і для задоволення зростаючих потреб ці інвестиції потрібно суттєво збільшити.
В результаті виникає парадокс. В одному регіоні електроенергії настільки багато, що сонячні або вітрові станції доводиться обмежувати. Оптова ціна падає до нуля, а іноді стає негативною. В іншій частині тієї самої енергосистеми в цей момент може працювати газова генерація, тому що фізично передати туди надлишкову електроенергію неможливо.
Фізика має більшу вагу, ніж політичні заяви.
Найдорожча помилка Європи полягає у змішуванні дешевої генерації з доступною електрикою.
У цьому контексті прихильники зеленої енергетики часто плутають терміни. Вони демонструють діаграми, на яких видно, що сонячні або вітрові електростанції генерують одну з найнижчих цін на мегават-годину, і роблять висновок, що зростання кількості таких станцій призведе до автоматичного зниження вартості електроенергії для споживачів і промисловості.
Однак досвід останніх двох десятиліть виявився набагато більш ускладненим.
Яскравим прикладом є Німеччина, що виступила в ролі провідного європейського майданчика для трансформації енергетики в рамках проекту Energiewende. Держава інвестувала значні кошти в розвиток сонячної та вітрової енергетики, значно підвищила частку відновлюваних джерел енергії і, водночас, повністю відмовилася від атомної енергетики.
Проте для кінцевих споживачів вартість електроенергії не знизилася. У початку 2000-х років німецькі домогосподарства витрачали близько 14-18 євроцентів за кіловат-годину, тоді як сьогодні роздрібні ціни коливаються в межах 38-39 євроцентів.
Отже, протягом двох десятиліть фінальна вартість збільшилася більш ніж удвічі – саме в той час, коли витрати на виробництво сонячних панелей і вітрових турбін значно знижувалися.
Безсумнівно, було б помилково вважати, що лише зелена енергія стала причиною всього цього зростання. На вартість також вплинули податкові збори, мережеві витрати, криза на ринку газу, геополітичні фактори, інфляційні процеси та державні рішення. Проте не можна ігнорувати значні системні витрати, пов'язані з інтеграцією генерації, що залежить від погодних умов.
У структурі рахунку споживач платить не тільки за вироблену електроенергію. Він платить за мережі, резерв, балансування, накопичення, управління перевантаженнями, підтримання стабільності системи та гарантовану потужність у ті години, коли сонце і вітер не можуть її забезпечити.
Подібну картину можна бачити й у Великій Британії. Країна стала одним зі світових лідерів offshore wind, практично вивела вугільну генерацію з електроенергетики і різко збільшила частку renewables. Це величезне досягнення з погляду декарбонізації. Але дешевої електроенергії для кінцевого споживача автоматично не виникло. Навпаки, рахунки залишаються високими, а вартість модернізації мереж і управління системними обмеженнями зростає.
Тому головний висновок набагато важливіший за суперечку про конкретну країну:
Генератор став більш доступним за ціною. Проте це не означає, що вартість кіловата, який ви отримуєте з розетки, також знизилася.
Ось чому просто демонструвати LCOE для сонячних чи вітрових електростанцій недостатньо. Важливо враховувати витрати на всю систему, що забезпечує гарантовану мегават-годину протягом будь-якої з 8 760 годин у році.
Є ще одна економічна проблема. Коли сонця або вітру багато, тисячі однакових установок починають виробляти електроенергію одночасно. Пропозиція різко збільшується, оптова ціна падає, іноді до нуля або нижче.
Здавалося, що це успіх.
В реальності спостерігається явище канібалізації цін: з ростом обсягу погодозалежної генерації, яка інтегрується в енергетичну систему, ринкова вартість наступної мегават-години може знижуватися, особливо в години пікового виробництва.
І тоді виникає питання: хто профінансує наступну станцію без довгострокових контрактів, субсидій, CfD або інших механізмів гарантування доходу?
Саме тут з'являється наступна велика надія зеленої трансформації -- батареї.
На мою думку, BESS є однією з ключових технологій у сучасній енергетичній галузі. Вони здатні швидко реагувати, стабілізувати частоту, вирівнювати пікові навантаження, здійснювати енергетичний арбітраж і переносити надлишок денного сонячного виробництва на вечірні години.
Проте акумулятор стикається з базовим обмеженням.
Вона не генерує електрику.
BESS отримує електроенергію, яку вже виробили інші джерела, зберігає її і віддає назад з деякими втратами. Чотиригодинна батарея ефективно справляється з надлишком енергії вдень, перенаправляючи її на вечірні піки споживання. Проте, вона не може вирішити проблему кількох холодних безвітряних зимових днів підряд.
Для цього необхідно розглядати не лише потужність акумулятора в мегаватах, а й його енергетичну ємність у мегават-годинах. Таким чином, ми отримаємо абсолютно іншу економічну картину.
Необхідно врахувати також матеріали, з яких виготовляють елементи, процеси їх деградації, майбутню заміну та переробку акумуляторів. В залежності від використаної хімії, це можуть бути літій, графіт, нікель та інші речовини. Більше того, для нової електроенергетичної інфраструктури потрібні значні обсяги міді, алюмінію, сталі та бетону.
Зелена енергетика зовсім не є безматеріальною.
Це не є запереченням на користь відновлюваних джерел енергії. Це радше критика їхнього ідеалізованого сприйняття.
Саме в цей момент атом проявляє себе в абсолютно новому світлі.
Атомну енергетику часто називають дорогою, дивлячись передусім на CAPEX нової АЕС.
Це дійсно так: будівництво атомної електростанції є вкрай витратним процесом. Сучасний енергоблок може обійтися в мільярди євро. Він вимагає складних фінансових механізмів, тривалої процедури ліцензування та значних інженерних зусиль. Будь-яка затримка у процесі будівництва здатна суттєво підвищити витрати.
Але тут ми знову робимо ту саму помилку -- плутаємо вартість створення активу з вартістю енергії, яку цей актив виробить протягом усього свого життя.
Економіка атомної електростанції має свої особливості. Значна частина витрат виникає ще до того, як станція реалізує першу мегават-годину електроенергії.
Після цього цей ресурс здатен функціонувати протягом 60 років і навіть довше.
Саме тому головна проблема нового атома -- не уран і навіть не операційні витрати. Це CAPEX, строки будівництва та вартість капіталу.
Після запуску станції в роботу економічна ситуація зазнає кардинальних змін.
Розглянемо гіпотетичний атомний реактор потужністю 1 ГВт з коефіцієнтом використання потужності близько 90%. Такий реактор може генерувати приблизно 7,9 ТВт·год електричної енергії протягом року. За 60-річний термін експлуатації це теоретично становить близько 470 ТВт·год, не враховуючи періоди ремонту, модернізацій та зупинок.
Отже, значний початковий капіталовкладення розподіляється на величезну кількість електричної енергії.
Саме з цієї причини атомна енергія може виявитися витратною на етапі зведення, проте в подальшій експлуатації вона стає значно економічнішою.
Особливо це видно на вже побудованих АЕС.
На цьому етапі основні капітальні витрати вже понесені. Реактор зведено, турбіни та генератори встановлено. Підстанції функціонують, а високовольтні лінії вже прокладені. Площа під проект сформована, персонал пройшов підготовку, а операційна інфраструктура готова до використання.
Якщо цей блок є технічно надійним і здатним до модернізації для продовження терміну експлуатації, його економічна ефективність може бути вражаючою. Саме продовження терміну служби вже існуючих атомних електростанцій часто вважається одним із найекономічніших варіантів для генерації значних обсягів електроенергії з низьким вмістом вуглецю.
І в цей момент постає питання, яке Європа змушена буде розглядати ще багато часу.
Чому варто закривати діючий, ефективний та екологічно чистий атомний об'єкт, а потім інвестувати величезні суми в нові генерації, електромережі, системи зберігання енергії та резервні потужності для заміни того, що вже функціонує?
Тому обговорення теми "атомні енергії дорогі, а сонячні - доступні" є надто спрощеним.
Порівнюються різні продукти.
Один гігават, вироблений атомною електростанцією, і один гігават, отриманий від сонячної електростанції, не є ідентичними для енергетичної системи.
При факторах потужності, що наближаються до 90%, один гігават атомної енергії здатен генерувати приблизно 8 ТВт·год щорічно. Щоб досягти такого ж рівня виробництва електроенергії з відновлювальних джерел, зокрема сонячної, в умовах Європи може знадобитися від 4 до 6 ГВт сонячних установок, в залежності від конкретного регіону.
Однак, навіть після цього, системи все ще залишаються неоднаковими.
Оскільки атомний блок здатен функціонувати о третій годині ночі в грудні.
Сонячна станція -- ні.
Для того, щоб погодозалежна генерація стала більш схожою на гарантоване електропостачання, необхідні додаткові мережеві рішення, системи накопичення, балансування енергетичних потоків та резервні потужності, що підлягають управлінню.
І за все це потрібно платити.
Тому важливо аналізувати атомну енергетику не лише за показником LCOE, але й враховувати загальні витрати системи.
Енергетична система не просто набуває електрони. Вона вимагає одночасно енергії, потужності, надійності та здатності до адаптації.
Атом надзвичайно сильний у перших трьох компонентах.
Існує ще одна економічна вигода, про яку після європейської газової кризи слід говорити з особливим акцентом: стабільність витрат на виробництво.
Паливна складова є відносно невеликою часткою у загальних витратах на виробництво атомної електроенергії. Тривалість паливних циклів у більшості реакторів складає приблизно 18-24 місяці, а кількість пального, що потребується, є значно меншою в порівнянні з обсягами, необхідними для теплової генерації.
Отже, атомна енергія значно менше піддається впливу щоденних змін світових цін на паливні ресурси.
Для великої промисловості це може бути важливішим за мінімальну spot price завтра о 14:00.
Інвестор, що планує зведення металургійного заводу, хімічного підприємства, фабрики з виробництва напівпровідників чи дата-центру на строк у двадцять років, прагне отримати інформацію не лише про вартість електроенергії на завтра.
Він потребує стабільності та передбачуваної вартості протягом багатьох років.
Ось чому значний інтерес технологічних компаній до атомної енергетики виявляється таким виразним.
AI і дата-центри змінюють саму логіку попиту на електроенергію. Великому дата-центру недостатньо купити на папері стільки ж зеленої електроенергії за рік, скільки він спожив.
Йому необхідна фізична сила.
Щогодинно.
Щоденно.
Рік за роком.
Саме тому атомна електростанція майбутнього має потенціал стати не лише джерелом електрики, що постачає енергію на оптовий ринок. Вона може стати центром для розвитку дата-центрів, промислових кластерів, виробництва водню, систем теплопостачання, а також укладення тривалих угод PPA з великими споживачами.
Тоді економіка атома змінюється ще сильніше.
І саме в цей момент концепція SMR набуває особливого значення.
Економічна сутність SMR не полягає в тому, що малі реактори завжди є менш витратними, ніж великі. Насправді, вони можуть виявитися менш вигідними у порівнянні з великими установками через ефект масштабу.
Справжня ставка SMR -- перетворити атомне будівництво з унікального мегапроєкту на серійне промислове виробництво.
Уніфікація. Промислове виготовлення компонентів. Однорідність конструкцій. Скорочення терміну будівництва. Знижені капітальні витрати на кожен інвестиційний проект. Поступове введення в експлуатацію потужностей. Ефект навчання при серійному виробництві.
Якщо атомна індустрія зможе досягти цього, економіка ядерної енергетики може зазнати суттєвих змін.
Але атом не повинен робити все. Саме тут потрібен газ
Навіть найдешевша атомна генерація не вирішує повністю іншу проблему сучасної енергосистеми -- необхідність дуже швидко реагувати на зміну споживання та погодозалежного виробництва.
І саме тут повертається природний газ.
На мою думку, газову генерацію занадто рано визнали технологією, що відійшла у минуле. Це особливо вражає в умовах сучасності, коли зростання частки сонячної та вітрової енергії викликає підвищений попит на гнучкість енергетичних систем.
Сучасні газові двигуни та деякі газотурбінні системи здатні до швидкого запуску, демонструють високий темп наростання потужності, забезпечують широкий спектр регулювання та оперативно реагують на вказівки диспетчерів.
І в цій ситуації постає один з ключових парадоксів екологічної трансформації:
Чим вища частка неконтрольованої генерації, залежної від погодних умов, тим значнішим стає економічний внесок керованих потужностей.
Давайте уявимо собі типовий день.
Опівдні сонячна генерація величезна. Електроенергії багато. Ціна падає. BESS заряджаються.
Згодом настає вечір.
Сонце сідає. Сонячна генерація протягом декількох годин різко падає. А люди повертаються додому, працюють системи опалення або кондиціонування, вмикається освітлення, заряджаються електромобілі. Заводи та дата-центри при цьому нікуди не зникають.
Попит не зникає разом із заходом сонця.
BESS реагує без затримок.
Проте акумулятор починає втрачати заряд.
Якщо нестача триває протягом тривалого часу, система потребує джерела, яке не лише віддає раніше збережену електроенергію, а й генерує нову енергію в моменти її актуальної потреби.
У цьому контексті газова генерація виступає як природний союзник для системи.
Газовий двигун чи турбіна не завжди повинні функціонувати 8 000 годин на рік. Їхня економічна вигода може бути в наявності – у забезпеченні системи необхідною потужністю в моменти, коли це найбільш критично.
Таким чином, економіка газової генерації є практично протилежною економіці атомної енергії.
Атомна енергетика характеризується значними капітальними витратами, тривалим терміном експлуатації, порівняно незначними витратами на паливо та економічною доцільністю високого рівня завантаження обладнання.
Газ має значно нижчі капітальні витрати і швидший процес будівництва, проте він також демонструє більшу залежність витрат від цін на пальне та витрат на викиди.
Саме з цієї причини вони здатні чудово взаємодіяти між собою.
Атом надає структурі об'єм та стійкість, тоді як газ забезпечує швидкість і адаптивність.
Природний газ не є ресурсом, який може вичерпатися найближчим часом. За оцінками, загальні світові запаси цього пального становлять близько двохсот трильйонів кубометрів. А якщо врахувати більш широкі технічно доступні ресурси, то їх обсяги ще значно більші.
LNG за останні десятиліття фундаментально змінив і географію газового ринку. Газ більше не обов'язково означає залежність від одного родовища та одного трубопроводу. Зрідження дозволило переміщувати величезні обсяги між континентами, диверсифікувати постачання і поступово перетворити природний газ на глобальний товар.
Отже, проблема майбутнього полягає не в тому, чи варто "перемагати газ".
Запитання полягає в тому, в яких конкретно випадках його застосування приносить найбільшу системну вигоду.
На мою думку, використання високоманеврової генерації для підтримки системи з значною часткою відновлювальних джерел енергії є одним з найбільш розумних способів застосування газу.
Україна має можливість уникнути повторення помилок інших.
Особливо значущим є аналізувати цю трансформацію через призму України та регіону Центральної і Східної Європи.
Після завершення війни Україні необхідно буде не лише відновити зруйновані електростанції, підстанції та мережі. Насправді, це стане шансом для нас переосмислити та спроектувати значну частину енергетичної інфраструктури країни на багато років вперед.
І я вважаю великою помилкою просто копіювати європейську модель попередніх двадцяти років.
Україна володіє однією з найпотужніших ядерних традицій у Європі, розвиненою системою транспорту та постачання газу, а також великим потенціалом для сонячної та вітрової енергетики. Крім того, країна має можливості для зберігання енергії в батареях (BESS), потужну школу інженерії в електроенергетиці та вже інтегровану з енергосистемою континентальної Європи.
Це надзвичайно потужна початкова база.
Отже, Україні не слід обирати між ядерною енергетикою та відновлювальними джерелами.
Необхідно створити вірну поєднання технологій.
Атомна енергетика — надійна основа для системи з низьким викидом вуглецю.
У майбутньому -- маломасштабні реактори (SMR) та інші інноваційні ядерні технології.
Газові двигуни і турбіни з високою маневреністю – для забезпечення балансування та резервних потреб.
Сонце та вітер - там, де економіка процвітає.
BESS -- для швидкого балансування та перенесення електроенергії між годинами.
Одночасно відбувається значна модернізація інфраструктури мереж та розширення міждержавних зв'язків з Європейськими країнами.
Проте, на мою думку, це лише частина того, що нас ще чекає в майбутньому.
Власне, наступний етап енергетичної сфери все більше інтегруватиметься з штучним інтелектом та дата-центрами.
Енергетичний проєкт майбутнього -- це вже не обов'язково окрема електростанція, яка просто продає електроенергію в мережу.
Це може стати комплексом промислової енергетики, що включає атомні або газові електростанції, відновлювальні джерела енергії, системи зберігання енергії (BESS), дата-центри, великі промислові споживачі, теплову енергію та власну мережеву інфраструктуру, які функціонують за єдиною економічною моделлю.
Це радикально трансформує підходи до інвестування.
Замість традиційного підходу, коли спочатку розробляється генерація енергії, а потім ведеться пошук покупців, нові енергетичні проекти можуть бути реалізовані паралельно з наявністю великого гарантованого споживача.
Генерація забезпечує довгострокове відведення продукції.
Споживач отримує очікувану енергію.
Банк отримує чіткий грошовий потік.
Інвестор набуває інфраструктурний актив з тривалим терміном експлуатації.
Держава набуває нову галузь промисловості.
Саме тому я думаю, що одним із найдорожчих енергетичних активів наступних десятиліть буде вже не просто встановлений мегават.
Це забезпечить надійний мегават енергії цілодобово, розміщений у стратегічно вигідній локації, підключений до потужної електромережі та підтримуваний стабільним споживачем на тривалий термін.
І саме тут Україна потенційно має унікальне вікно можливостей.
Ми здатні не лише повернути енергетичну систему до довоєнного стану.
Ми здатні розробити одну з найсучасніших енергетичних платформ у Європі, об'єднуючи ядерну енергію, гнучкі газові генератори, відновлювальні джерела енергії, системи накопичення енергії, електромережі, дата-центри та промислові інвестиції.
Енергетика завтрашнього дня — це не тріумф єдиної технології.
Після двох десятиліть досліджень у сфері енергетики я все більше усвідомлюю, що сама формулювання питання "атом чи відновлювальні джерела", "природний газ чи сонячна енергія" є хибним.
Енергетична система не є змаганням технологій.
Це будівельне мистецтво.
Атом повинен давати величезний обсяг стабільної низьковуглецевої електроенергії. Газ -- високоманеврову керовану потужність. Сонце і вітер -- дешеву енергію тоді, коли природний ресурс доступний. BESS -- швидкість, балансування та перенесення енергії між годинами. Мережі повинні фізично об'єднати все це в єдину систему.
І в даний момент це набуває особливого значення.
Ми не переживаємо період зниження попиту на електроенергію, а, навпаки, вступаємо в нову фазу її зростання. Розвиток штучного інтелекту, дата-центрів, електрифікація транспорту, виготовлення напівпровідників та нові промислові галузі – все це вимагатиме значних обсягів електричної енергії.
Дата-центр не звертає уваги на те, що сьогодні похмуре небо.
Металургійному заводу байдуже, що третій день немає вітру.
Лікарні не переймаються тим, що акумулятор вичерпався.
Економіка потребує безперервного постачання електроенергії протягом всього року.
Отже, основною помилкою зеленої революції стало не те, що людство встановило занадто багато сонячних батарей і вітрових установок.
Їх слід створювати.
Помилка полягала в чомусь іншому.
Ми почали плутати дешеву погодозалежну генерацію з дешевою, гарантованою та самодостатньою енергосистемою.
Досвід, накопичений за останні два десятиліття, свідчить про те, що ці поняття не є ідентичними.
Отже, я б взагалі утримався від запитання: яка з технологій має найменший LCOE?
Для сучасної економічної системи це питання виглядає надто спрощеним.
Коректне формулювання запитання виглядає інакше:
Яка вартість забезпечення країни гарантованим електропостачанням протягом усіх 8 760 годин року?
Виконайте обчислення генерації.
Порахуйте CAPEX.
Оцінюйте термін служби атомного об'єкта в межах 60-80 років.
Обчисліть витрати пального.
Порахуйте мережі.
Порахуйте BESS.
Порахуйте резерв.
Порахуйте balancing.
Визначте скорочення.
Визначте вартість капіталу.
І найважливіше — оцініть вартість відсутності електрики в ті моменти, коли вона є життєво необхідною для економічного розвитку.
І тільки після цього порівнюйте технології.
У такому випадку може з'явитися тема, яка ще нещодавно вважалася майже політично неправильним.
Атомна енергетика може вимагати значних витрат на етапі будівництва, проте в довгостроковій перспективі вона є одним з найбільш економічних способів постачання великих обсягів стабільної низьковуглецевої електрики на багато років вперед.
А газ, який багато хто поспішив списати, може виявитися саме тією високоманевровою страховкою, яка дозволить безпечно інтегрувати великі обсяги сонця та вітру.
Отже, я не впевнений, що майбутня енергетична ера буде визначатися як "екологічна", "ядерна" або "газова".
Вона виявить прагматичний підхід.
Світ повільно переходить від енергетичних ідей до економічних аспектів енергетики.
Епоха енергетичного романтизму закінчується. Починається епоха енергетичного прагматизму.
