Без воды – никак. Почему при движении в Европу у ГАЭС нет альтернативы
В конце июня компания "Укрэнерго" подписала соглашение о присоединении к Европейской сети системных операторов передачи электроэнергии (ENTSO-E). Это значит, что в перспективе украинская энергосистема будет подключена к европейской, став ее составной частью. Произойдет это не завтра и не послезавтра - только на выполнение требований, выдвигаемых ENTSO-E, потребуется минимум пять лет. Однако готовиться к объединению с европейцами нужно уже сегодня, тогда как технологическая готовность украинской энергосистемы к подобному шагу оценивается всего лишь в 15%.
Главная задача, которую нужно решить украинским энергетикам и властям, - повысить надежность объединенной энергосистемы (ОЭС) Украины, в частности, в части качества поставляемой потребителям электроэнергии и стабильности ее поставок. Другими словами, ОЭС Украины должна поставлять потребителям достаточно электроэнергии во время пиковых нагрузок и защищать от скачков напряжения ночью, когда ее потребление резко падает.
Для этого в энергосистеме есть маневровые и регулирующие мощности, которые позволяют оперативно реагировать на изменение потребления электроэнергии в сетях и поддерживать баланс между выработкой электроэнергии и ее потреблением. Однако в ОЭС Украины как раз такие мощности в дефиците. Костяк маневренных мощностей должны составлять гидроэлектростанции, однако сегодня их доля в общем балансе не превышает 9%, когда как оптимальный уровень должен быть в пределах 15-20%.
Для маневра мощностью в Украине применяются угольные блоки тэплоэлектростанций (ТЭС) мощностью 200 и 300 МВт. Однако проблема в том, что они были спроектированы как раз для работы в базовом режиме, а не в режиме регулирования мощности. Их диапазон регулирования составляет всего лишь 20-30% от номинальной мощности, и этого явно недостаточно, чтобы угольные блоки могли использоваться в качестве регулирующих мощностей. Однако из-за использования угольных блоков не по назначению диспетчерам энергосистемы приходится ежедневно, во время ночного провала в потреблении электроэнергии, давать команды на остановку до 10 энергоблоков. А утром, чтобы пройти утренний и вечерний максимумы нагрузок в энергосистеме, их включают обратно. Фактическое количество циклов "пуск/остановка" угольных блоков значительно превышает лимит, установленный заводами-изготовителями для этого оборудования, и такие "качели" в их работе приводят к тому, что турбогенераторы энергоблоков ТЭС выходят из строя в 3-4 раза чаще, чем если бы они работали в стабильном, базовом режиме.
Перекос в пользу тепловой энергетики не позволяет качественно регулировать суточный график нагрузок в энергосистеме, прохождение ночных "провалов" потребления электроэнергии, обеспечивать аварийные и частотные резервы. Все это в итоге снижает стойкость и надежность ОЭС Украины. Поэтому устойчивость и надежность ОЭС нужно повышать. Но за счет чего?
В мире основная технология для регулирования и маневрирования мощностью - гидроаккумулирующие станции (ГАЭС). По данным Международного энергетического агентства, в 2013 г. доля ГАЭС среди всех накопителей энергии занимала 99% и достигла 141 ГВт. Мощность ГАЭС в европейских странах достигла 45 ГВт и продолжает увеличиваться - в Швейцарии строится станции Linth-Limmern мощностью 1 ГВт и Nant de Drance мощностью 900 МВт, в Португалии - Venda Nova III мощностью 736 МВт.
В Украине решить проблему с дефицитом регулирующих мощностей также можно за счет ввода в строй новых блоков ГАЭС, поскольку это позволит снизить количество пусков блоков ТЭС, стабилизировать их нагрузку и повысить их КПД. А также - сэкономить газ и электроэнергию, что очень актуально в украинских реалиях. Например, только один гидроагрегат дает экономию от 100 до 170 тыс. кубометров газа и от 930 до 2800 т угля в сутки. Годовой эффект от использования только лишь одного гидроагрегата мощностью 324 МВт составляет в среднем $35 млн. Сегодня в Украине функционирует лишь три гидроагрегата на Днестровской ГАЭС. Однако в перспективе на этой станции будет работать семь гидроагрегатов, а еще четыре гидроагрегата будет функционировать на Каневской ГАЭС, то в сумме выходит значительный экономических эффект.
В использовании ГАЭС есть и экологический плюс - эксплуатация только трех гидроагрегатов Днестровской ГАЭС сокращает выбросы диоксида углерода на 180 тыс. т в месяц, SO2 - на 2,3 тыс. т, а пыли - на 700 т.
При этом гидроэнергетика, как один из видов возобновляемой низкоуглеродной энергетики, соответствует природоохранным директивам ЕС и поддерживается Парижским соглашением по климату, которое Украина подписала в апреле прошлого года.
При всех вышеперечисленных выгодах ГАЭС еще и выгоднее строить. Например, согласно Программе развития гидроэнергетики до 2026 г. капитальные затраты на строительство 1 МВт установленной мощности Днестровской и Каневской ГАЭС сравнимы с затратами на модернизацию 1МВт установленной мощности блока ТЭС. Однако если построенные ГАЭС будут эксплуатироваться в среднем еще 100 лет, то срок службы реконструированных блоков ТЭС ограничен 15-20 годами.
В последнее время в мире постоянно возникают новые идеи решения проблемы дефицита регулирующих мощностей, в частности, за счет накопления электроэнергии на системном уровне. Например, технология промышленного применения электрических аккумуляторов-накопителей только начала развиваться, и мощность пилотных образцов не превышает 60-90 МВт. Но у этого метода есть и более существенные недостатки: при производстве и утилизации таких систем очень велика угроза загрязнения окружающей среды, цикл заряда таких устройств длиннее цикла разряда в несколько раз, и они теряют емкость задолго до того, как исчерпают свой ресурс. Все как у батарей смартфонов, только масштабы намного больше. Поэтому в обозримой перспективе эта технология не сможет заменить ГАЭС ни в мире, ни в Украине.
Еще одним перспективным направлением регулирования мощности является управление спросом энергопотребления - так называемые интеллектуальные электросети SmartGrid. Эта технология базируется на выравнивании суточного потребления электроэнергии отдельными домохозяйствами. Но в Украине на эту технологию приходится гораздо меньшая доля энергобаланса, чем в Европе. Поэтому и эффект от таких мер в украинской энергосистеме будет мизерным.
По этой же причине преждевременно говорить о другой новой технологии - V2G. Это двустороннее использование электромобилей и гибридов, когда автомобиль подключается к общей энергосети не только для подзарядки, но и для возврата излишков энергии, выработанной в процессе эксплуатации. Однако этот метод, скорее всего, станет реальностью только в далеком будущем. В Украине пока зарегистрировано немногим больше 3000 электроавтомобилей и гибридов, и трудно спрогнозировать, когда количество такого транспорта достигнет таких величин, что он сможет влиять на энергосистему страны. И это еще мы не берем во внимание стоимость электрокаров, которая для большинства граждан Украины в ближайшее десятилетие будет просто неподъемной.
Что касается бытовых аккумуляторных систем вроде Tesla PowerWall, которые позволяют создавать "виртуальные электростанции" на дому, то общая стоимость такой системы для конечного потребителя с установкой "под ключ" достигает $15 тыс. Для Украины это пока - недостижимая величина.
Поэтому все вышеперечисленные методы могут стать решение проблемы регулирования мощностью украинской ОЭС, но в далекому будущем. А пока, в нынешних реалиях, в Украине иной альтернативы ГАЭС, как технологии регулирования мощностей объединённой энергосистемы, попросту нет.
