Анализ: Пазарите на електроенергия с висок дял на ВЕИ ще се нуждаят от ядрена енергия

Когато пазарите на електроенергия имат висок дял на вятърна и слънчева енергия – целта на много региони по света – по-ефективно ли е да се построи атомна електроцентрала, вместо да се инвестира допълнително в повече възобновяеми енергийни мощности? Отговорът е да, според проучване на Мачиел Мълдер, Синю Ли и Ариен Веенстра от университета в Грьонинген. По същество това е, защото ядрената енергия се възползва от високите (оскъдни) цени, когато има малко вятър или слънце. Тук авторите обобщават своите констатации, базирани на анализ на холандския пазар на електроенергия. Техните сценарии разглеждат широк спектър от променливи, включително използване, цена на улавяне, субсидии, експлоатационен живот на централата, намаляване на емисиите и др. Холандското правителство обяви през декември 2021 г., че възнамерява да построи две нови атомни електроцентрали.

Когато пазарът на електроенергия има голямо количество вятърни турбини и слънчеви фотоволтаични източници, каквато е амбицията в много страни, е по-ефективно да се изгради ядрена електроцентрала, вместо да се инвестира допълнително в повече възобновяеми енергийни мощности.

Това се дължи на факта, че високият дял на възобновяемите енергийни източници силно намалява цените на електроенергията, които могат да се спечелят от инвеститорите във вятърна и слънчева енергия, докато това е много по-малко при случаите за инвестиции в ядрената енергия, съобщава Energypost.

Последните могат да се възползват от високите (оскъдни) цени, когато няма вятър или слънце. Въпреки че инвеститорите в атомна електроцентрала изискват субсидия, за да направят инвестицията печеливша, подкрепата, която те изискват, е значително по-ниска (за единица продукция) от това, което се изисква от инвеститорите във възобновяеми технологии, по-специално слънчеви фотоволтаични източници. Това следва от анализ на икономическата стойност на инвестиция в ядрена енергия на холандския пазар на електроенергия в сравнение със стойността на допълнителните инвестиции в слънчеви фотоволтаични, наземни и офшорни вятърни източници.

Чрез изследване на икономическата стойност на инвестиция в ядрена електроцентрала при различни сценарии по отношение на бъдещия пазар на електроенергия, това проучване има за цел да допринесе за обществения дебат относно потенциалната роля на ядрената енергия в нисковъглеродните електроенергийни системи.

Въпреки че разбирането на икономическата стойност е един от решаващите елементи в обществения дебат, този анализ, разбира се, не е достатъчен. За окончателното обществено решение дали да се допусне такава инвестиция или не, също е необходимо обсъждане на (еднакво) релевантни аспекти, като въпроси на безопасността, сигурността и околната среда, както и общественото приемане.

Производството от ВЕИ няма да е достатъчно, за да отговори на бъдещия растеж на търсенето

За да се намалят абсолютните нива на въглеродни емисии, естеството на енергийните системи трябва да се промени драстично. Това е причината правителствата да насърчават развитието и използването на възобновяеми енергийни източници като слънчева фотоволтаична енергия, вятърни турбини, хидроенергия и биомаса.

Въпреки тези политики, растежът на възобновяемата енергия вероятно няма да бъде достатъчен за намаляване на въглеродните емисии до степента, необходима за постигане на целите за климата. Това е така, защото защото търсенето на електроенергия ще се увеличи силно поради електрификацията и производството на водород, обясняват авторите на анализа.

Следователно вниманието все повече се насочва и към друг невъглероден енергиен източник, който е ядрената енергия. Холандското правителство, например, наскоро обяви, че ще позволи изграждането на две нови атомни електроцентрали в Холандия.

Ядрената енергетика обаче е силно дискутирана поради предполагаемите рискове за безопасност, сигурност и околната среда. Освен това е спорно до каква степен ядрената енергия се вписва в пазарите на електроенергия, които се характеризират с високи дялове на слънчева и вятърна енергия, които имат непостоянен характер.

За да оценим икономическата осъществимост на ядрената енергия, ние сравняваме инвестиция в атомна електроцентрала от 1 GW с подобни инвестиции (по отношение на производството) в (повече) слънчеви фотоволтаични, наземни и офшорни вятърни турбини.

Анализ и модели на холандския пазар на електроенергия

Анализираме до каква степен една АЕЦ може да работи икономически на пазар с висок дял на възобновяеми източници. Икономическата стойност на атомната електроцентрала зависи основно от четири фактора:

a) характеристиките на инсталацията, включително нейните разходи за изграждане и продължителност на строителството, експлоатационни разходи и разходи за поддръжка, разходи за гориво, инфлационен риск, разходи за обработка и съхранение на отпадъци и разходи за извеждане от експлоатация,

б) степента на използване (която се нарича коефициент на използване (capacity factor),

в) защитна цена (capture price) (която е средната цена на електроенергията, която централата действително получава), и

г) приносът за намаляване на въглеродните емисии.

Докато първият фактор може да се разглежда като екзогенен, останалите са много свързани с характеристиките и функционирането на пазара на електроенергия.

Симулирахме (почасов) холандския пазар на електроенергия за редица сценарии по отношение на количеството вече инсталирани възобновяеми енергийни източници (свързани с целите на правителството) и увеличаването на търсенето на електроенергия (свързано с предполагаемите увеличения на електрификацията и производството на водород).

Тъй като инсталираните мощности в технологиите за възобновяеми източници са свързани с целите на правителството (и произтичащите от тях механизми за подкрепа), те могат да бъдат третирани екзогенно. Инсталираният капацитет на мощностите, работещи с газ, обаче е резултат от търговски инвестиции и следователно е третиран ендогенно в модела, за да се имитира дългосрочната динамика на пазарите на електроенергия.

Освен това, ние игнорираме разходите за всяко необходимо разширение на мрежата, осъзнавайки, че тези разходи могат да бъдат доста различни за спрямо разнообразните технологии за електропроизводство.

Атомните централи имат по-високи цени за електроенергията

Изглежда, че без никаква държавна подкрепа, нито една от разглежданите технологии не може да доведе до печалба: необходими са субсидии за привличане на търговски инвеститори.

Размерът на подкрепата обаче се различава в зависимост от технологията. По отношение на строителните и експлоатационните разходи на MW, слънчевата фотоволтаична и вятърната енергия са по-евтини от тези на АЕЦ. Въпреки това, тъй като производството на възобновяеми енергийни източници зависи от променливите метеорологични условия, производството на MW от тези електроцентрали е много по-ниско от производството на MW от атомна електроцентрала, която може да работи (почти) през цялото време.

Разликата в така наречения коефициент на капацитет е особено впечатляваща за ядрена (90%) и слънчева фотоволтаична енергия в Холандия (около 10%). Освен това животът на атомната електроцентрала е повече от два пъти по-дълъг от този на вятърните турбини и слънчевите фотоволтаични електроцентрали. Освен много по-високото производство на инсталирана мощност на MW, атомната електроцентрала е в състояние да улови по-високи цени на електроенергията, тъй като те могат да се възползват от високите (при недостиг) цени, докато възобновяемите енергийни източници едва ли могат (виж Фигура 1).

Това важи по-специално при сценарий с вече големи количества производство от възобновяеми източници. Тук е важно да се осъзнае, че (модерните) атомни електроцентрали са в състояние да работят по много по-гъвкав начин, отколкото често се предполага. В резултат на това една атомна централа изисква по-малко субсидии за единица произведена електроенергия.

Фигура 1: Защитна на цена (capture price) за технология за различни сценарии и варианти на политика (евро/MWh). Забележка: Сценариите са посочени на оста x; Базовото ниво е калибрирано според ситуацията на холандския пазар през 2019 г. „Средни възобновяеми източници“ отразява целта на холандската политика за 2030 г.; „Високи възобновяеми източници“ отразява амбицията на политиката за 2050 г.; „Средно увеличение на търсенето“ се отнася до увеличение на общото натоварване с около 25%, а „високо увеличение на търсенето“ се отнася до увеличение на общото натоварване от около 60%. Вариантите на правилата и политиките са обозначени с различните цветове. „Повече ядрена“ означава 1 GW електроцентрала, „повече слънчева“ (допълнително) увеличение на слънчевия капацитет, което също дава същото производство като атомната електроцентрала; Както и за вятърна енергия на сушата и в морето.

Ядрената енергия има най-ниски разходи за намаляване на въглеродните емисии

Тъй като както ядрените, така и възобновяемите енергийни източници допринасят за намаляване на въглеродните емисии, в анализът се изчислява и размера на намаляването на емисиите от различните видове инвестиции. Изглежда, че една инвестиция в атомна електроцентрала води до приблизително подобно намаляване на емисиите като инвестициите в повече вятърна или слънчева енергия.
По отношение на необходимата субсидия за единица намаление на емисиите обаче, инвестицията в ядрена електроцентрала е по-ефективна от инвестициите в повече слънчеви фотоволтаични или вятърни. Това важи по-специално в сценарии, при които вече има голямо количество възобновяеми източници (виж фигура 2). Това се дължи главно на по-ниските цени за улавяне на възобновяеми енергийни източници, когато вече има голямо количество ВЕИ, инсталирани на пазара на електроенергия.

Фигура 2: Разходи за намаляване на емисиите въз основа на необходимата субсидия, по технология за различни сценарии и варианти на политика, в евро/тон въглерод

Резултатите са стабилни при промяна на хипотезите

Тези резултати не се променят значително, когато се използват други разумни предположения. Разходите за изграждане и извеждане от експлоатация на атомна електроцентрала трябва да бъдат поне два пъти по-високи от предполагаемите, за да се получи подобна необходима субсидия като тази за фотоволтаичната електроцентрала.

По-малко драматични увеличения на предполагаемите разходи за строителство обаче не променят горните заключения. Казано по различен начин, разходите за изграждане на слънчеви електроцентрали трябва да се намалят с повече от 50 процента, за да се достигне до необходимото ниво на субсидия, подобно на ядрена електроцентрала.

Промяната на предположението относно експлоатационния живот на атомните електроцентрали не влияе реално на резултатите. Резултатите също изглеждат стабилни за различни стойности на дисконтовия процент. Освен това резултатите не се променят съществено, когато приемем по-висока степен на гъвкавост в рамките на пазара на електроенергия, което може да се случи в бъдеще поради инвестиции в съхранение и по-нататъшна международна интеграция на пазарите.

И накрая, атомната електроцентрала печели повече от по-високите цени на газа и въглерода, отколкото слънчевите фотоволтаични и вятърни турбини, тъй като е в състояние да работи в часове, когато са необходими газови електроцентрали и определя цената на електроенергията поради липса на вятър или слънце.