М.Т. Кожиков* , Б.А. Ирасылова
Казахстан имеет высокий потенциал для создания зеленой энергетики международного
класса, но на данный момент альтернативные ресурсы энергии используются в малом объеме
из-за различных технических, административных, социальных и экономических препятствий.
В данной работе проводится анализ доли вырабатываемой электроэнергии ВИЭ в общем
объеме производства электрической энергии в Казахстане, оценено количество произведенной
электрической энергии объектами ВИЭ. Также в настоящей работе проведена оценка сокращений
выбросов парниковых газов на примере крупнейшей в Казахстане ветроэнергетической станции
мощностью 45 МВт в г. Ерейментау.
Методом сравнения оценена доля возобновляемых источников энергии в энергетическом
балансе страны. Сопоставлены ежегодные данные по выработке электрической энергии
объектами ВИЭ за 2016-2021 годы согласно статистическим данным Республики Казахстан (РК).
Предложен методологический подход для расчета сокращений эмиссий парниковых газов на
основе базового сценария, который может быть использован в качестве методики по расчету
сокращений выбросов парниковых газов на объектах ВИЭ.
Оценка сокращений эмиссий парниковых газов в результате реализации проектов ВИЭ имеет
важное значение как для расчета национального углеродного баланса страны в целом, так и для
точного подсчета единиц сокращений, планируемых к выдаче в результате реализации данных
проектов. Ветровая электростанция г. Ерейментау поможет существенно сократить выбросы
парниковых газов в Казахстане и является верным направлением РК в достижении поставленных
целей, таких как увеличение доли ВИЭ и сокращение выбросов диоксида углерода.
Ключевые слова: возобновляемые источники энергии (ВИЭ), сокращение эмиссий, ветровая
электроэнергия, парниковые газы, коэффициент выбросов.
Transition from traditional energy to renewable energy: assessment
of the contribution of renewable energy in greenhouse gas emissions reduction
on the example of the Yereimentau wind farm.
Kazakhstan has a high potential for creating international-class green energy, but at the moment
alternative energy resources are used in a small amount due to various technical, administrative, social
and economic obstacles. This work is devoted to the analysis of the share of renewable energy generated
in the total volume of electricity production in Kazakhstan, the amount of electricity produced by
renewable energy facilities is estimated. Also in this paper, an assessment of greenhouse gas emissions
reductions was carried out on the example of the largest wind power plant in Kazakhstan with a capacity
of 45 MW in the city of Yerementau.
The share of renewable energy sources in the country’s energy balance was estimated by comparison.
The annual data on the generation of electric energy by renewable energy facilities for 2016-2021
are compared according to the statistical data of the Republic of Kazakhstan. A methodological approach
to the calculation of greenhouse gas emissions reductions based on a baseline scenario is proposed,
which can be used as a methodology for calculating greenhouse gas emissions reductions at renewable
energy facilities.
Assessment of reductions in greenhouse gas emissions as a result of the implementation of renewable
energy projects is important both for calculating the national carbon balance of the country as a
whole and for accurately calculating the units of reductions planned to be issued as a result of the implementation
of these projects. The Yerementau wind power plant will help the Republic of Kazakhstan in
achieving the goals set ahead – increasing the share of renewable energy sources and reducing carbon
dioxide emissions.
Дәстүрлі энергетикадан жаңартылатын энергия көздеріне (ЖЭК) көшу:
Ерейментау жел элекстростанциясы (ЖЭС) мысалында
парниктік газдар шығарындыларын азайтудағы ЖЭК-тің үлесін бағалау.
Қазақстан халықаралық дәрежедегі жасыл энергетиканы құру үшін жоғары әлеуетке ие,
бірақ қазіргі уақытта баламалы энергия көздері әртүрлі техникалық, әкімшілік, әлеуметтік және
экономикалық себептерге байланысты аз көлемде пайдаланылады. Бұл мақала Қазақстанда
жалпы өндірілетін электр энергиясынан ЖЭК-тен алынатын электр энергиясының үлесін талдауға
арналған, ЖЭК объектілері өндірген электр энергиясының мөлшері бағаланған. Сондай-ақ,
осы жұмыста Ерейментау қаласындағы қуаты 45 МВт Қазақстандағы ең ірі жел энергетикалық
станциясының мысалында парниктік газдар шығарындыларын азайтуды бағалау жүргізілді.
Салыстыру әдісі арқылы елдің энергетикалық балансындағы жаңартылатын энергия
көздерінің үлесі бағаланды. ҚР статистикалық деректеріне сәйкес, 2016-2021 жылдары ЖЭК
объектілері арқылы электр энергиясын өндіру бойынша жыл сайынғы деректер салыстырылды.
ЖЭК объектілерінде парниктік газдар шығарындыларын азайтуды есептеу әдістемесі ретінде
пайдаланылуы мүмкін базалық сценарий негізінде парниктік газдар шығарындыларын
қысқартуды есептеуге арналған әдіснамалық тәсіл ұсынылды.
ЖЭК жобаларын іске асыру нәтижесінде парниктік газдар шығарындыларының қысқаруын
бағалау тұтастай алғанда елдің ұлттық көміртегі балансын есептеу үшін де, осы жобаларды іске
асыру нәтижесінде берілетін көміртегі бірліктерін дәл есептеу үшін де маңызды. Ерейментау
қаласындағы жел электр станциясы ҚР-дың алға қойылған мақсаттарына қол жеткізуіне – ЖЭК
үлесін арттыруға және көміртегі диоксиді шығарындыларын азайтуға көмектеседі.
Түйін сөздер: жаңартылатын энергия көздері (ЖЭК), шығарындылардың қысқаруы, жел
электр энергиясы, парниктік газдар, шығарындылар коэффициенті.
Введение
Республика Казахстан является крупнейшим эмиттером парниковых газов в Центральной Азии с объемом выбросов 246 Мегатонн СО2 за 2018 год [1]. Энергетическая отрасль с ее установленной мощностью примерно в 18 ГВт (тепловые электростанции – 87,5%, гидроэлектростанции – 12,4%) является одним из основных источников выбросов СО2 в стране [2]. Энергетика Казахстана ориентирована в основном на использование углеводородного топлива. По оценкам экспертов ПРООН, вклад энергетики в общие выбросы парниковых газов в РК составляет не менее 78,5%, что делает эту отрасль наиболее углеродоемкой [3]. Выбросы углекислого газа, образующиеся в результате потребления топлива, являются одними из важных в вопросах изменения климата.
В этой связи, развитие возобновляемых источников энергии – одна из актуальных задач электроэнергетики. На правительственном уровне приняты стратегические и программные документы в поддержку развития ВИЭ для увеличения доли альтернативных источников энергии в Казахстане. В 2013 г. Казахстан принял «Концепцию по переходу РК к «зеленой экономике»». Впереди глобальная цель – повысить долю альтернативных источников, в частности солнечную и ветровую энергию, в выработке электроэнергии до 30% к 2030 году и 50% к 2050 году [4]. Помимо множества программных документов, направленных на прямую поддержку ВИЭ, в Республике Казахстан с 2013 года действует система торговли выбросами парниковых газов [5]. В рамках данной системы предприятия, выбрасывающие свыше 20 000 тонн углекислого газа в год [5], получают квоты (лимиты) [6] на выбросы. Система призвана стимулировать предприятия на снижение выбросов парниковых газов путем придания квоте статуса товара и возможности торговать квотами на бирже [7]. Помимо бесплатного распределения квот, СТВ РК предусматривает возможность генерации единиц сокращения выбросов парниковых газов (это единицы, полученные в результате реализации проектов [8]), направленных на сокращение эмиссий парниковых газов. У инициаторов проектов ВИЭ есть возможность продавать на углеродном рынке полученные офсетные единицы. Акцент настоящего исследования сосредоточен на электроэнергии, вырабатываемой ветровой энергией, и потенциале данной энергии в снижении выбросов CO2. Материалы и методы
Методика включает анализ доли возобновляемых источников энергии в энергетическом балансе страны, в частности, выработку электроэнергии от ветряных электростанций и построение базового сценария проекта ветроэнергетической станции на примере станции в г.Ерейментау, Акмолинская область, с помощью чего можно оценить результат сокращений выбросов парниковых газов. Сокращение выбросов будет достигнуто за счет технологии проекта с использованием источника возобновляемой энергии ветра для выработки электроэнергии. Для расчета сокращений выбросов парниковых газов использована методология CDM ACM0002 «Выработка электроэнергии из возобновляемых источников, соединенная с электросетью», одобренная РКИК ООН [9]. Результаты анализа и расчетов приведены ниже. Анализ развития ветровой энергетики в РК Казахстан обладает самым высоким потенциалом ветровой энергетики в Центральной Азии – 354 000 мВт [10], территория страны площадью более 50 000 км2 имеет мощный ветровой ресурс (7-8 м/с) [11]. За 20 лет эксплуатации ветроэнергетической турбины (средняя мощность1 МВт) экономится примерно 29 000 тонн угля, или 92 000 баррелей нефти, что позволяет избежать выбросов 1800 тонн диоксида углерода, 9 тонн диоксида серы и 4 тонн оксида азота [12]. Джунгарские ворота, Чу-Илийские горы, Мангистауская область являются наиболее перспективными для развития ветроэнергетики с помощью ветряных турбин. Джунгарские ворота имеют среднюю скорость ветра от 7 до 9 метров в секунду, производство электроэнергии ожидается около 1,3 трлн кВтчас в год [13], однако используется лишь незначительная часть по- тенциала ветроэнергетики. Основные причины –высокие цены на ветровые турбины и низкие тарифы на электроэнергию. Например, средняя стоимость одного ветрогенератора варьируется от 2000 до 2500 долл./кВтчас [13]. Казахстан является страной, присоединившейся к Киотскому протоколу и Парижскому соглашению, – это один из ведущих факторов для развития ВИЭ. В свете заявленной стратегии по переходу к зеленой экономике и увеличению доли в генерации электрической энергии через возобновляемые источники энергии в РК активно идет развитие сектора возобновляемых источников энергии. Данное развитие сектора может быть эффективно использовано в качестве инструмента по сокращению выбросов парниковых газов и помочь в достижении Казахстаном взятых обязательств по сокращению выбросов парниковых газов (минус 15% от уровня эмиссий ПГ 1990 года к 2030 году). В Республики Казахстан возможна реализация проектов сокращения выбросов парниковых газов. В Экологическом кодексе предусмотрено осуществление углеродного офсета в любых секторах экономики с целью сокращения выбросов парниковых газов и (или) увеличения поглощений парниковых газов [5]. Данные меры направлены на стимулирование снижения выбросов парниковых газов. Законодательством утверждены правила разработки проектов сокращения [8], но, к сожалению, отсутствуют единые утвержденные методики и подходы по расчету сокращений выбросов парниковых газов, сгенерированных в результате реализации проекта. Одним из первых проектов сокращения в сфере ВИЭ является проект сокращения ТОО «Первая ветровая электрическая станция», зарегистрированный на государственном уровне. ТОО «Первая ветровая электрическая станция» основано 27 июня 2011 года [14] в соответствии с Законом «Об электроэнергетике» № 588 от 9 июля 2004 года. Место расположения проекта –Акмолинская область, к юго-востоку от города Ерейментау, примерно в 2 км от центра города и 150 км на восток от Астаны [15]. Основной вид деятельности – производство электрической энергии ветровыми электростанциями [16]. Проект является первой в Республике Казахстан ветровой электростанцией в промышленном масштабе. ВЭУ вырабатывает электроэнергию при скорости ветра от 3 до 25 м/с, номинальная мощность ВЭУ достигается при скорости ветра от 12 м/с. Согласно ТЭО мощность станции ВЭС Ерейментау – 45 МВт, выработка – 172 млн кВт*ч в год [17]. Годовой эквивалент – 100 тысяч тонн угля. На площадке ветропарка распо-ложены 22 ветроэнергетические установки WTU 2.0 производства Furhlaender WindTechnology [17], единичной мощностью 2,05 МВт. Ветроэнергетическая установка преобразовывает кинетическую ветровую энергию в электроэнергию напряжением 690 В [17] путем вращения вала, соединенного с генератором частотой 50 Гц. Производимая электроэнергия повышается до напряжения 35 кВ с помощью силового трансформатора, расположенного на каждой ветряной турбине. Вся вырабатываемая электрическая энергия подается через кабельные линии на подстанцию 220/35 кВ путем прямой транспортировки в национальные сети АО «KEGOC» по воздушной линии 220 кВ. Результаты и обсуждение Вклад возобновляемых источников энергии в общей генерации электрической энергии в РК
Рисунок 1 – Доля вырабатываемой электроэнергии ВИЭ
в общем объеме производства электрической энергии, %.
Согласно национальным данным 2013 года, доля ВИЭ в Казахстане составила 0,57% от общего объема произведенной электроэнергии. Данный показатель стремительно растет, так в 2021 году он увеличился до 3,69% [18]. Увеличение выработки электрической энергии объектами ВИЭ за 2021 год по сравнению с 2020 годом составляет 23%. На рисунке 2 представлена выработка электроэнергии объектами возобновляемых источников энергии: ветровые электростанции – ВЭС,
малые гидроэлектростанции – ГЭС, солнечные электростанции – СЭС и биоэлектростанции. В 2016 году в Республике Казахстан было произведено 262,04 млн. кВтчас энергии от ветря- ных электростанций, а уже в 2021 году этот по- казатель вырос в 6,5 раз и достиг 1776,41 млн. кВтчас. Необходимо отметить, что гидроэлектростанции в Казахстане наиболее развиты в сравнении с другими видами альтернативных источников энергии. В 2016 году сумма выра-
ботанной электроэнергии ГЭС составила 577,2 млн. кВтчас, в 2019 году показатель вырос почти в 2 раза и достиг 1105,3 млн. кВтчас, но в последние годы наблюдается снижение производительности ГЭС. Напротив, солнечные электростанции (СЭС) развиваются в стремительном темпе. Электроэнергия, произведенная СЭС в Республики Казахстан в 2021 достигла 1641,09 млн. кВтчас. Биоэлектростанции в Казахстане развиваются в медленном темпе, наблюдается значительный рост выработки электроэнергии в 2019 году – 14,9 млн. кВтчас.
Оценка результатов сокращения выбросов парниковых газов проекта Согласно Руководящим принципам национальных инвентаризаций парниковых газов МГЭИК, 2006 [19] расчет выбросов парниковых газов осуществляется путем умножения потребленного топлива на соответствующий коэффициент выбросов.
Выбросы = Потребленное топливо х
х Коэффициент выбросов (1)
где:
Выбросы – выбросы парниковых газов, в тоннах эквивалента СО2; Потребленное топливо – ископаемое топливо, сожженное в процессе выработки
Рисунок 2 – Выработка электроэнергии ВИЭ, млн кВт*час
Коэффициент выбросов – коэффициент, представляющий количество выбросов парниковых газов, которые высвобождаются в результате этой деятельности по типу ископаемого топлива, тонн СО2 ТДж. Методика оценки сокращений выбросов ПГ по представленному проекту В целях определения сокращений выбросов парниковых газов в проектах, связанных с использованием ВИЭ, методологией CDM ACM0002 «Выработка электроэнергии из возобновляемых источников, соединенная с электросетью» [9], используется понятие Базового сценария. Базовый сценарий служит основой для сравнения. Это теоретический сценарий, который отражает то, что произойдет в отсутствие осуществления проекта. При помощи него оценивается достигнутый объем сокращения выбросов или поглощения парниковых газов [20].
Сценарий базовой линии основывается на предположении, что, если проект не будет реализован, то не произойдет замещения энергии, вырабатываемой в результате использования угля, и электрическая энергия, поступающая в сеть, так и будет вырабатываться в результате сжигания
угля. Согласно базовому сценарию, выбросы рассчитываются следующим образом:
Bey = Эф х Эотч (2)
где:
Bey – сокращенные выбросы парниковых газов;
Эф – объем установленного коэффициента выбросов двуокиси углерода для производства электроэнергии электростанциями – 0,844 тонн CO2/МВт*ч. Данный коэффициент рассчитан
по заказу Европейского банка реконструкции и развития на основе исследования базового уровня выбросов в Казахстане от 2012 года и представлен в отчете «Динамика развития коэффициентов выбросов углерода при производстве электрической энергии в Республике Казахстан» [21];
Эотч. – количество произведенной электроэнергии за отчетный период, подтвержденное
утвержденными ежемесячными балансами производства и потребления электроэнергии, тыс.
МВтч. Согласно концепции проекта Ерейментау- ской ВЭС, представленной на сайте ТОО «Пер- вая ветровая электрическая станция» [17], пла- новый объем производства электроэнергии за один отчетный год составит 172 000 МВтч. При этом, плановые объемы сокращений выбросов
СО2 должны составить:
Bey = 0.844 т.CO2/МВтч x х 172 000 МВтч = 145 168 тонн CO2 (3)
Фактическая суммарная выработка электроэнергии ТОО «Первая ветровая электрическая
станция» с 20 ноября 2020 года по 20 ноября 2021 года составляет 143957,22 МВтч. Уста- новленный эмиссионный фактор для проектов по сокращению выбросов – 0.844 тCO2/МВтч.
Количество сокращенных выбросов двуокиси углерода рассчитано следующим образом:
Bey = 0.844 тCO2/МВтч x х143 957, 22 МВтч =
= 121 499,894 тонн CO2 (4)
Таким образом, в результате реализации проекта фактический объем сокращенных единиц за
период с 20.11.2020 по 20.11.2021 составил 121 499,9 тонн CO2.
Причина разницы между фактической выработкой и плановой – уменьшение скорости ветра.
Срок службы оборудования составляет 20 лет. Таким образом, за период планового срока
службы оборудования ветровой электрической станции с использованием данных о фактической
выработке электроэнергии за 1 год работы ВЭС сокращение выбросов СО2 составит:
Bey = 121 499,894 тонн CO2 х 20 лет =
= 2 429 997,88 тонн СО2 (5)
Как видно из приведенного расчета, использование ВИЭ вносит большой вклад в
сокращение выбросов парниковых газов.
Заключение
Несмотря на высокий потенциал, в РК доля возобновляемых источников энергии в сравнении с традиционными источниками энергии незначительна, однако ежегодно данный показатель растет. В период с 2013 по 2021 год количество электроэнергии, произведенной на ВИЭ, увеличилось в 6,5 раз.
Согласно данным 2018 года, уголь обеспечивает около 70%, а природный газ 20% выработки электроэнергии, это приводит к существенным выбросам парниковых газов [22]. Основа проектов ВИЭ заключается в замене электроэнергии, вырабатываемой при сжигании топлива, на электроэнергию, вырабатываемую без топлива. При помощи ветрогенераторов, являющихся бестопливным возобновляемым источником энергии, производится экологически чистая энер-
гия. Выбросы вредных веществ в атмосферу полностью отсутствуют, что позволяет утверждать, что отрицательного воздействия на окружающую среду электростанции на основе ветровой энергии нет.
Согласно правилам получения офсетных единиц, заявитель проекта разрабатывает методику количественного определения сокращения выбросов парниковых газов по отношению к базовому сценарию проекта. Проектная документация и план мониторинга проекта сокращения разрабатываются на основе Методик по расчету выбросов и поглощения парниковых газов, утвержденных приказом Министра экологии, геологии и природных ресурсов Республики Казахстан от 13 сентября 2021 года, или международных методик в соответствии с Законом Республики Казахстан «О ратификации Парижского соглашения» и Законом Республики Казахстан «О ратификации Киотского протокола к Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата» [8]. К сожалению, в нашей стране нет единой согласованной методики для расчетов единиц сокращения выбросов парниковых газов.
Исходя из результатов данного исследования, можно сделать заключение, что ветровая электростанция г. Ерейментау поможет существенно сократить выбросы парниковых газов в Казахстане – сокращение выбросов диоксида углерода за период 20.11.2020-20.11.2021
составило 121499,9 тонн. При минимальной годовой выработке электроэнергии на
ветроэнергетической станции г. Ерейментау 143 957,22 МВт/ч ожидаемые ежегодные сокращения
выбросов составят 2 429 997,88 тонн CO2 за 20 лет работы станции.
