Электроэнергетика – базовая инфраструктурная отрасль, в которой реализуются процессы производства, передачи, распределения электроэнергии. Она имеет связи со всеми секторами экономики, снабжая их произведенными электричеством и теплом и получая от некоторых из них ресурсы для своего функционирования (рис. 1).
Рис. 1. Электроэнергетика в современной экономике
Источник: Экономика и управление в электроэнергетике. Электротехнический портал РФ.
Роль электроэнергетики в ХХI в. остается исключительно важной для социально-экономического развития любой страны и мирового сообщества в целом. Энергопотребление тесно связано с деловой активностью и уровнем жизни населения. Научно-технический прогресс и появление новых секторов и отраслей экономики, совершенствование технологий, повышение качества и улучшение условий жизни людей ведут к расширению сфер использования электроэнергии и повышению требований к надежному и бесперебойному энергоснабжению.
Особенности электроэнергетики как отрасли обусловлены спецификой ее основного продукта. Электроэнергия по своим свойствам подобна услуге: время ее производства совпадает со временем потребления. Электроэнергетика должна быть готова к выработке, передаче и поставке электроэнергии в момент появления спроса, в том числе в пиковом объеме, располагая для этого необходимыми резервными мощностями и запасом топлива. Чем больше максимальное (хотя бы и кратковременное) значение спроса, тем больше должны быть мощности, чтобы обеспечить готовность к оказанию услуги. (Ситуация изменится, если появятся эффективные технологии хранения электроэнергии. Пока это в основном аккумуляторы разных типов, а также гидроаккумулирующие станции.)
Невозможность хранения электроэнергии в промышленных масштабах предопределяет технологическое единство всего процесса ее производства, передачи и потребления. Вероятно, это единственная отрасль в современной экономике, где непрерывность производства продукции должна сопровождаться таким же непрерывным ее потреблением. В силу этой особенности в электроэнергетике существуют жесткие технические требования к каждому этапу технологического цикла, в том числе по частоте электрического тока и напряжению.
Принципиальной особенностью электрической энергии как продукта, отличающей ее от всех других видов товаров и услуг, является то, что ее потребитель может повлиять на устойчивость работы производителя.
Потребности экономики и общества в электрической энергии существенно зависят от погодных факторов, времени суток, технологических режимов различных производственных процессов в отраслях-потребителях, особенностей домашних хозяйств, даже от программы телепередач. Различия между максимальным и минимальным уровнями потребления определяет потребность в так называемых резервных мощностях, которые включаются только тогда, когда уровень потребления достигает определенного значения.
Экономические характеристики производства электроэнергии зависят от типа электростанции, степени ее загрузки и режима работы, вида топлива. При прочих равных условиях в наибольшей степени востребуется электроэнергия тех станций, которые генерируют ее в нужное время и в нужном объеме с наименьшими издержками.
С учетом всех этих особенностей принято объединять устройства, производящие энергию (генераторы), в единую энергетическую систему, что обеспечивает сокращение суммарных издержек производства и уменьшает потребность в резервировании производственных мощностей. Система нуждается в операторе, который выполняет координирующие функции. Он регулирует график и объем как производства, так и потребления электроэнергии. Системный оператор принимает решения на основании рыночных сигналов от производителей (о возможностях и стоимости производства электроэнергии) и от потребителей (о спросе на нее в определенные временные интервалы). В конечном счете системный оператор должен обеспечить надежную и безопасную работу энергосистемы, эффективное удовлетворение спроса на электроэнергию. Его деятельность отражается на производственных и финансовых результатах всех участников рынка электроэнергии, а также на их инвестиционных решениях.
Основными производителями электроэнергии являются:
тепловые электростанции (ТЭС), где тепловая энергия, образующаяся при сжигании органического топлива (уголь, газ, мазут, торф, сланцы и т.д.), используется для вращения турбин, приводящих в движение электрогенератор. Возможность одновременного производства тепла и электроэнергии привела к распространению в ряде стран централизованного теплоснабжения на ТЭЦ;
гидроэлектростанции (ГЭС), где в электроэнергию преобразуется механическая энергия потока воды с помощью гидравлических турбин, вращающих электрогенераторы;
атомные электростанции (АЭС), где в электроэнергию преобразуется тепловая энергия, полученная при цепной ядерной реакции радиоактивных элементов в реакторе.
Три основных типа электростанций определяют виды используемых энергоресурсов. Их принято подразделять на первичные и вторичные, возобновляемые и невозобновляемые.
Первичные энергоносители – это сырьевые материалы в их естественной форме до проведения какой-либо технологической обработки, например каменный уголь, нефть, природный газ и урановая руда. В разговорной речи эти материалы называют просто первичной энергией. К таковой относятся также солнечное излучение, ветер, водные ресурсы. Вторичная энергия – это продукт переработки, «облагораживания» первичной, например бензин, мазут, ядерное топливо.
Некоторые виды ресурсов могут относительно быстро восстанавливаться в природе, они называются возобновляемыми: дрова, камыш, торф и прочие виды биотоплива, гидропотенциал рек. Ресурсы, не обладающие таким качеством, называются невозобновляемыми: уголь, сырая нефть, природный газ, нефтеносный сланец, урановая руда. По большей части они являются полезными ископаемыми. Энергия солнца, ветра, морских приливов относится к неисчерпаемым возобновляемым энергетическим ресурсам.
В настоящее время наиболее распространенным видом технологического топлива в мировой электроэнергетике выступает уголь. Это объясняется относительной дешевизной и широкой распространенностью запасов данного вида топлива. Однако транспортировка угля на значительные расстояния ведет к большим издержкам, что во многих случаях делает его использование нерентабельным. При производстве энергии с использованием угля высок уровень выброса в атмосферу загрязняющих веществ, что наносит существенный вред окружающей среде. Cet rubrique retrace l'histoire du traitement en tenant l'impuissance ensuite parle en compagnie de l'utilisation corrobor?s statines semblablement solution efficace aux probl?mes d'?rection. Achat Cialis sans ordonnance est-celui cette derni?re perc?e m?dicale majeure dans ceci traitement en tenant la dysfonction ?rectile ou bien existe-t-icelui garantis possibilit?s d'am?lioration? В последние десятилетия ХХ в. появились технологии, позволяющие использовать уголь для производства электроэнергии с большей эффективностью и меньшим ущербом для окружающей среды.
Расширение использования газа в мировой электроэнергетике за последние годы объясняется существенным ростом его добычи, появлением высокоэффективных технологий производства электроэнергии, основанных на применении данного вида топлива, а также ужесточением политики по охране окружающей среды.
Все большее распространение получает использование урана. Это топливо обладает колоссальной эффективностью по сравнению с прочими сырьевыми источниками энергии. Однако применение радиоактивных веществ сопряжено с риском масштабного загрязнения окружающей среды в случае аварии. Кроме того, возведение АЭС и утилизация отработанного топлива чрезвычайно капиталоемки. Развитие этого вида энергетики осложняется и тем, что пока немногие страны могут обеспечить подготовку научных и технических специалистов, способных разработать технологии и обеспечить квалифицированную эксплуатацию АЭС.
Большое значение в структуре источников электроэнергии сохраняют гидроресурсы, хотя их доля за последние десятилетия несколько сократилась. Преимущества этого источника в его возобновляемости и относительной дешевизне. Но возведение гидростанций оказывает необратимое воздействие на окружающую среду, так как обычно требует затопления значительных территорий при создании водохранилищ. Кроме того, неравномерность распределения водных ресурсов на планете и зависимость от климатических условий ограничивают их гидроэнергетический потенциал.
Существенное сокращение использования нефти и нефтепродуктов для производства электроэнергии за последние тридцать лет объясняются как ростом стоимости данного вида топлива, высокой эффективностью его применения в других отраслях, так и дороговизной его транспортировки на значительные расстояния, а также возросшими требованиями к экологической безопасности.
Растет внимание к возобновляемым источникам энергии. В частности, активно разрабатываются технологии использования энергии солнца и ветра, потенциал которых огромен. Правда, на сегодняшний день использование солнечной энергии в промышленных масштабах в большинстве случаев оказывается менее эффективным по сравнению с традиционными видами ресурсов. Что касается энергии ветра, в развитых странах (прежде всего под влиянием экологических движений) ее применение в электроэнергетике значительно увеличилось. Нельзя не упомянуть также геотермальную энергию, которая может иметь серьезное значение для некоторых государств или отдельных регионов (Исландии, Новой Зеландии, в России – для Камчатки, Ставропольского и Краснодарского краев, Калининградской области). Развитие производства электроэнергии на основе возобновляемых ресурсов пока еще требует государственных дотаций.
В конце XX – начале XXI в. резко повысился интерес к биоэнергетическим ресурсам. В отдельных странах (например, в Бразилии) производство электроэнергии на биотопливе составило заметную долю в энергетическом балансе. В США была принята специальная программа субсидирования биотоплива. Но существуют и сомнения в перспективах данного направления электроэнергетики. Они касаются прежде всего эффективности использования таких природных ресурсов, как земля и вода; так, отвод обширных площадей пахотной земли под производство биотоплива внес свой вклад в удвоение цен на продовольственное зерно.
Представление об изменениях в структуре генерации электроэнергии за последние десятилетия дает рис. 2.
Рис. 2. Изменения в структуре генерации по видам топлива, %
1973 г.
2011 г.
* Включая возобновляемые геотермальную, солнечную, ветровую, приливную энергии, биотопливо и отходы и т.п.
Источник: International Energy Agency. 2013 Key World Energy Statistics. Paris 2013.
В настоящее время, как и в 1973 г., подавляющая часть выработки электроэнергии приходится на органические виды топлива. Однако их доля уменьшилась с 75% до 68%. При этом заметно возрос удельный вес атомной энергетики – с 3% до 13%, прочих возобновляемых ресурсов – с 1% до 4%. Роль гидроэнергетики снизилась. Наиболее драматические сдвиги произошли внутри органических видов топлива. Резко упала доля нефти – с 25% до 5%. При этом выросли показатели природного газа – с 12% до 22% – и такого традиционного вида топлива, как уголь – с 38% до 41%. Последний продолжает оставаться главным ресурсом для выработки электроэнергии в мире.
Структура глобального рынка
За последнее десятилетие производство электроэнергии в мире выросло почти в 1,5 раза, достигнув в 2012 г. 21 трлн кВт-ч (рис. 3).
Рис. 3. Мировое производство электроэнергии за 2000-2012 гг.,
млрд. кВт-ч
Источник: U.S. Energy Information Administration. International Energy Statistics. Electricity.
U.S. Department of Energy. Wash. D.C.
Крупнейшими производителями электроэнергии в мире являются Китай (4,7 трлн кВт-ч) и США (4,3 кВт-ч), значительно опережающие по этому показателю остальные страны (рис. 4).
Рис. 4. Крупнейшие производители электроэнергии в 2011 г., млрд кВт-ч
Источник: U.S. Energy Information Administration. International Energy Statistics. Electricity.
U.S. Department of Energy. Wash. D.C.
За последние десятилетия произошли заметные региональные сдвиги в производстве электроэнергии (рис. 5). Существенно сократилась доля развитых стран (ОЭСР) – с 73% в 1973 г. до 49% в 2011 г. Одновременно выросли доли развивающихся стран Африки, Латинской Америки и Азии, прежде всего Китая, на который теперь приходится более 20% мирового производства электроэнергии (в 1973 г. – 3%).
Рис. 5. Региональные сдвиги в производстве электроэнергии, %
1973 г.
2011 г.
* Без Китая.
Источник: International Energy Agency. 2013 Key World Energy Statistics. Paris 2013.
Интересно отметить, что крупнейшие производители электроэнергии не всегда являются и крупнейшими ее экспортерами. Так, в список ведущих продавцов входят лишь Франция, Россия, Канада и Китай, а США и Бразилия являются одновременно ведущими в мире покупателями электроэнергии (табл. 1).
Таблица 1. Крупнейшие экспортеры и импортеры электроэнергии в 2011 г., млрд кВт-ч
Экспортеры
|
Импортеры
|
Франция
|
56
|
Италия
|
46
|
Парагвай
|
46
|
США
|
37
|
Канада
|
37
|
Бразилия
|
36
|
Россия
|
23
|
Финляндия
|
14
|
Чехия
|
17
|
Аргентина
|
10
|
Китай
|
13
|
Голландия
|
9
|
Болгария
|
11
|
Таиланд
|
9
|
ОАЭ
|
8
|
Гонконг
|
8
|
Швеция
|
7
|
Австрия
|
8
|
Украина
|
6
|
Хорватия
|
8
|
Источник: International Energy Agency. 2013 Key World Energy Statistics. Paris 2013.
Китай
Китай – одна из немногих стран в мире, где подавляющая часть электроэнергии вырабатывается на угле (до 80%). Довольно значительна роль ГЭС (15%), а вот доля атомной энергетики и других видов генерации минимальна.
Рис. 6.
Источник: U.S. Energy Information Administration. International Energy Statistics. Electricity.
U.S. Department of Energy. Wash. D.C.
Основным органом, ответственным за регулирование электроэнергетики Китая, является Государственная комиссия по регулированию электроэнергетики (ГКРЭ), созданная в 2002 г. К компетенции ГКРЭ относятся:
· общее регулирование электроэнергетики страны, создание прозрачной системы регулирования и прямое управление региональными подразделениями ГКРЭ;
· разработка нормативно-правовой базы отрасли и правил рынков электроэнергии;
· участие в разработке планов развития электроэнергетики и рынков электроэнергии;
· мониторинг работы рынков, обеспечение добросовестной конкуренции на рынке, регулирование неконкурентных видов генерации и деятельности по передаче электроэнергии;
· участие в разработке и обеспечение применения технических стандартов и стандартов безопасности, количественных и качественных нормативов в электроэнергетике;
· контроль соблюдения экологического законодательства;
· внесение, исходя их рыночных условий, предложений по тарифообразованию в государственный орган, ответственный за ценообразование, пересмотр уровней тарифов, регулирование тарифов и сборов за системные услуги;
· расследование нарушений нормативно-правовых актов участниками рынка и урегулирование споров между ними;
· контроль внедрения положений политики по обеспечению всеобщей электрификации;
· организация исполнения программ реформы отрасли в соответствии с указаниями Государственного совета.
В секторе производства электроэнергии основными игроками являются:
5 групп генерирующих компаний, образованных в результате реорганизации Государственной энергетической корпорации по принципу равномерности распределения активов. Эти группы компаний контролируются на национальном уровне, и их доля в общей выработке составляет 39%;
иные национальные генерирующие компании (10%);
региональные государственные энергетические компании (45%);
независимые производители (6%).
Организациями, ответственными за передачу электроэнергии в Китае, являются Государственная электросетевая корпорация и Южнокитайская электросетевая корпорация. Они контролируют 7 региональных и 31 провинциальную сетевые компании. Распределением электроэнергии занимаются более 3000 районных распределительных сетевых компаний, также в основном подчиняющихся электросетевым корпорациям.
Реформа электроэнергетики Китая ставила целью построение такой системы рынков электроэнергии, которая позволит создать стимулы к конкуренции, повысить эффективность, оптимизировать расходы, усовершенствовать механизмы ценообразования, оптимально распределить ресурсы, способствовать развитию отрасли и строительству сетевой инфраструктуры по всей стране.
Первым шагом стало создание в 1997 г. Государственной энергетической корпорации, что позволило отделить коммерческую деятельность от административного регулирования. Дальнейшие этапы реформы были сформулированы в 10-м пятилетнем плане КНР (2001 – 2005 гг.):
· разделение генерации и сетевой деятельности;
· функциональное разделение нецелевых видов деятельности внутри корпорации (планирование, моделирование, строительство и др.);
· обеспечение прямого доступа на рынок для крупных потребителей;
· формирование конкурентных региональных рынков электроэнергии;
· создание системы подачи заявок на доступ к сети;
· приведение розничного тарифообразования в соответствие с требованиями рынка.
Часть этапов реформы была реализована к 2002 г., когда была основана Государственная комиссия по регулированию электроэнергетики и произведена реорганизация Государственной энергетической корпорации. В процессе реформы проведено разделение корпорации по видам деятельности – на генерирующие и сетевые компании. В 2004 г. запущены пилотные проекты рынков электроэнергии на западе и северо-западе Китая.
Рынки электроэнергии в Китае находятся на стадии формирования и становления. Планируется поэтапное развитие конкуренции. В настоящий момент конкурентная борьба ведется исключительно между производителями, в дальнейшем предполагается создание условий для возникновения конкурентных механизмов сначала на оптовом, а затем и на розничном рынке.
Общая концепция предусматривает создание трехуровневой структуры – национального рынка, региональных рынков и рынков электроэнергии на уровне провинций. Модель национального рынка предполагает двусторонние сделки по межрегиональной торговле электроэнергией, при этом крупные производители получат возможность подавать заявки напрямую на национальный рынок, минуя уровень регионального. Основная цель национального рынка – обеспечить снабжение энергодефицитных регионов за счет регионов с избытком генерации.
Пилотные проекты региональных рынков реализовывались на основе двух различных моделей. Северо-Западный Китай имеет единый оптовый рынок региона, в то время как рынок Западного Китая обладает иерархической структурой, в которой рынки на уровне провинций сосуществуют с общерегиональным.
Однако в результате резкого ценового скачка, произошедшего в 2006 г., функционирование этих моделей было приостановлено. Действующая модель предполагает, что генерирующие компании, в дополнение к обслуживанию локальных потребителей, могут подавать заявки на региональный рынок, а компании, снабжающие розничных потребителей, могут докупить там недостающую электроэнергию. Сделки проводятся один раз в месяц, и основным фактором, ограничивающим их, являются перегрузки на линиях электропередачи, соединяющих провинции внутри одного региона.
Рынки на уровне провинций спроектированы на основе модели «единого покупателя». Аукционы проводятся один или два раза в месяц. В большинстве случаев заявки могут подаваться лишь на 30% вырабатываемой электроэнергии, а оставшаяся часть электроэнергии отбирается по принципу обеспечения равного количества часов выработки за год (то есть 30% электроэнергии продается на свободном рынке, а 70% распределяется в равных пропорциях среди потребителей). Для защиты от манипулирования рынком организатор торгов устанавливает потолок ценовых заявок.
США
По сравнению со среднемировой структурой генерации в США относительно большее значение имеют угольные электростанции (на них приходится 48% производимой электроэнергии в стране) и АЭС (20%). Удельный вес гидроэнергетики незначителен и составляет 6% (рис. 7).
Рис. 7. Структура генерации электроэнергии по видам топлива
Источник: U.S. Energy Information Administration. International Energy Statistics. Electricity.
U.S. Department of Energy. Wash. D.C.
К основным государственным регулирующим органам в электроэнергетике США относятся Министерство энергетики, FERC (Федеральная комиссия по регулированию энергетики) и комиссии штатов по коммунальному обслуживанию.
Министерство энергетики США разрабатывает общую энергетическую политику, осуществляет надзор в области электроэнергетики и отвечает за поддержание надежности и экономической устойчивости энергосистем и обеспечение экологической безопасности. В сферу полномочий FERC входит регулирование торговли электроэнергией на межрегиональном уровне (между штатами), а также услуг по передаче электроэнергии. С момента создания в 1977 г. основные усилия FERC направлены на развитие оптовых рынков электроэнергии, повышение надежности и эффективности систем электропередачи.
Регулирование электроэнергетики на уровне отдельных штатов осуществляется комиссиями по коммунальному обслуживанию (в различных штатах они могут иметь разные названия и полномочия). В сферу компетенции региональных властей входят, как правило, регулирование розничной торговли и распределения электроэнергии, вопросы организации и деятельности коммунальных энергокомпаний.
Важную роль в отрасли играет Североамериканская корпорация по надежности (North American Electric Relibility Corporation, NERC) – саморегулируемая некоммерческая организация, в которую входят представители энергокомпаний, государственных органов, потребителей. К основным функциям NERC относится выработка и согласование стандартов надежности энергосистем, мониторинг и анализ проблем, связанных с надежностью. Если прежде такие стандарты носили, как правило, рекомендательный характер и не подкреплялись действенными санкциями, в настоящее время они являются обязательными для субъектов отрасли.
В 1930 – 1980-х годах электроэнергетика США представляла собой регулируемую монополию. При этом в собственности вертикально-интегрированных коммунальных предприятий находились как генерирующие, так и сетевые активы, а производство, передача и распределение электроэнергии были объединены в единую услугу – поставку потребителям электроэнергии по тарифам.
Масштабное строительство капиталоемких объектов, таких как атомные электростанции, на фоне экономического спада в экономике США и сокращения электропотребления в 70-х годах XX в. привело к росту тарифов на электроэнергию, что вызвало обеспокоенность и протесты потребителей.
В целях повышения энергосбережения и энергоэффективности, а также для обеспечения энергетической безопасности в 1978 г. Конгресс США принял Закон о политике регулирования общественных коммунальных предприятий (PURPA). Этот закон положил начало процессу реформирования электроэнергетики США и переходу от регулируемой монополии к конкуренции. Закон предусматривал появление новой категории производителей электроэнергии – «квалифицированных электростанций», к которым относились электростанции с установленной мощностью менее 50 МВт, использующие технологии когенерации и возобновляемые источники энергии (ВИЭ). Коммунальные предприятия были обязаны закупать электроэнергию у «квалифицированных электростанций» по цене, равной собственным издержкам на производство электроэнергии.
Динамичный рост количества «квалифицированных электростанций» в последующие годы и опыт их успешной работы привели к тому, что традиционные вертикально интегрированные коммунальные предприятия перестали быть единственным источником поставок электроэнергии. Изменения в технологиях производства (появление газотурбинных агрегатов с комбинированным циклом) и передачи электроэнергии существенно способствовали развитию конкуренции в электроэнергетике США.
В 1992 г. Конгресс принял Закон об энергетической политике (EPACT), направленный на развитие конкурентного ценообразования и снижение барьеров для входа на рынок. Важнейшими средствами достижения стратегической цели – развития конкуренции – стали разделение видов деятельности на естественно-монопольные (передача электроэнергии и оперативно-диспетчерское управление) и потенциально конкурентные (генерация, сбыт электроэнергии, ремонт и сервис), а также обеспечение недискриминационного доступа к услугам по передаче электроэнергии.
Закон об энергетической политике 1992 г. обязал коммунальные предприятия предоставлять услуги по передаче электроэнергии третьим лицам по ценам, равным затратам. Кроме того, этот закон открыл возможности для появления новой категории поставщиков электроэнергии, освобожденных от правил регулирования цен на электроэнергию на основе затрат, обязательных для всех коммунальных предприятий (таким образом, сейчас есть две модели регулирования цен – на основе затрат плюс некоторый бонус, и вторая (появившаяся) – на основе верхнего потолка цен).
Следующим этапом стал вступивший в силу с начала 2000 г. приказ FERC № 2000, который предусматривал выделение передачи электроэнергии в самостоятельную структуру, управляющую магистральными сетями региона, – Региональную передающую компанию (Regional Transmission Organization, RTO).
В результате трансформации подходов государства к отрасли обозначились современные контуры реформы. Она заключается, прежде всего, в развитии конкурентных отношений в электроэнергетике, в связи с чем решаются задачи разделения видов деятельности, создания межрегиональных конкурентных рынков, формирования единого оперативно-диспетчерского управления и управления сетями передачи электроэнергии в пределах регионов и на межрегиональном уровне.
Конкуренция привела к вытеснению ценообразования на основе издержек рыночным формированием цены на основе спроса и предложения. Это способствовало развитию в США оптовых рынков электроэнергии, которые существенно различаются по географии (они могут охватывать один штат или несколько соседних штатов), структуре, принятым стандартам и механизмам торговли, составу участников и другим показателям. На сегодня уже 70% населения США проживает на территории, где действуют конкурентные оптовые рынки электроэнергии.
(Продолжение следует.)
Читайте также на нашем портале:
«Автомобильная промышленность в развивающихся странах» Владимир Кондратьев
«Автомобильная промышленность: перспективы развития после кризиса » Владимир Кондратьев
«Балканский регион в системе европейской энергобезопасности» Петр Искендеров
«Важнейшие сектора мировой экономики в 2013 г.» Владимир Кондратьев
«Глобальная горнодобывающая промышленность» Владимир Кондратьев
«Глобальная металлургия: тенденции и перспективы развития» Владимир Кондратьев
«Глобальная оборонная промышленность» Владимир Кондратьев
«Глобальная обрабатывающая промышленность» Владимир Кондратьев
«Глобальная фармацевтическая промышленность» Владимир Кондратьев
«Глобальный рынок машиностроения» Владимир Кондратьев