Без води – ніяк. Чому при русі в Європу в ГАЕС немає альтернативи

Наприкінці червня компанія "Укренерго" підписала угоду про приєднання до Європейської мережі системних операторів передачі електроенергії (ENTSO-E). Це означає, що в перспективі українська енергосистема буде підключена до європейської, ставши її складовою частиною. Це станеться не завтра і не післязавтра - тільки на виконання вимог, що висуваються ENTSO-E, потрібно мінімум п'ять років. Однак готуватися до об'єднання з європейцями потрібно вже сьогодні, тоді як технологічна готовність української енергосистеми до подібного кроку оцінюється всього лише в 15%.

Головне завдання, яку потрібно вирішити українським енергетикам і владі, - підвищити надійність об'єднаної енергосистеми (ОЕС) України, зокрема, в частині якості що поставляється споживачам електроенергії та стабільності її поставок. Іншими словами, ОЕС України повинна постачати споживачам досить електроенергії під час пікових навантажень і захищати від стрибків напруги вночі, коли її споживання різко падає.

Для цього в енергосистемі є маневрові та регулюючі потужності, які дозволяють оперативно реагувати на зміну споживання електроенергії в мережах і підтримувати баланс між виробленням електроенергії та її споживанням. Проте в ОЕС України як раз такі потужності в дефіциті. Кістяк маневрених потужностей повинні складати гідроелектростанції, однак сьогодні їх частка в загальному балансі не перевищує 9%, тоді як оптимальний рівень має бути в межах 15-20%.

Для маневру потужністю в Україні застосовуються вугільні блоки тэплоэлектростанций (ТЕС) потужністю 200 і 300 МВт. Однак проблема в тому, що вони були спроектовані як раз для роботи в базовому режимі, а не в режимі регулювання потужності. Їх діапазон регулювання складає всього лише 20-30% від номінальної потужності, і цього явно недостатньо, щоб вугільні блоки могли використовуватися в якості регулюючих потужностей. Однак через використання вугільних блоків не за призначенням диспетчерам енергосистеми доводиться щодня, під час нічного провалу у споживанні електроенергії, давати команди на зупинку до 10 енергоблоків. А вранці, щоб пройти ранковий і вечірній максимуми навантажень в енергосистемі, їх включають назад. Фактична кількість циклів "пуск/зупинка" вугільних блоків значно перевищує ліміт, встановлений заводами-виробниками для цього обладнання, і такі "гойдалки" в їх роботі призводять до того, що турбогенератори енергоблоків ТЕС виходять з ладу в 3-4 рази частіше, ніж якби вони працювали в стабільному, базовому режимі.

Перекіс на користь теплової енергетики не дозволяє якісно регулювати добовий графік навантажень в енергосистемі, проходження нічних провалів споживання електроенергії, забезпечувати аварійні та частотні резерви. Все це в підсумку знижує стійкість і надійність ОЕС України. Тому стійкість і надійність ОЕС потрібно підвищувати. Але за рахунок чого?

У світі основна технологія для регулювання і маневрування потужністю - гідроакумулюючі станції (ГАЕС). За даними Міжнародного енергетичного агентства, в 2013 р. частка ГАЕС серед всіх накопичувачів енергії займала 99% і досягла 141 ГВт. Потужність ГАЕС в європейських країнах досягла 45 ГВт і продовжує збільшуватися - у Швейцарії будується станції Linth-Limmern потужністю 1 ГВт і Nant de Drance потужністю 900 МВт, в Португалії - Venda Nova III потужністю 736 МВт.

В Україні вирішити проблему з дефіцитом регулюючих потужностей також можна за рахунок введення в експлуатацію нових блоків ГАЕС, оскільки це дозволить знизити кількість пусків блоків ТЕС, стабілізувати їх навантаження і підвищити їх ККД. А також - заощадити газ та електроенергію, що дуже актуально в українських реаліях. Наприклад, тільки один гідроагрегат дає економію від 100 до 170 тис. кубометрів газу і від 930 до 2800 т вугілля на добу. Річний ефект від використання лише одного гідроагрегата потужністю 324 МВт складає в середньому $35 млн. на Сьогодні в Україні функціонує лише три гідроагрегати на Дністровській ГАЕС. Однак у перспективі на цій станції буде працювати сім гідроагрегатів, а ще чотири гідроагрегати буде функціонувати на Канівській ГАЕС, то в сумі виходить значний економічних ефект.

У використанні ГАЕС є і екологічний плюс - експлуатація тільки трьох гідроагрегатів Дністровської ГАЕС скорочує викиди діоксиду вуглецю на 180 тис. т на місяць, SO2 - на 2,3 тис. т, а пилу - на 700 т.

При цьому гідроенергетика, як один з видів відновлюваної низьковуглецевої енергетики, відповідає природоохоронним директивам ЄС і підтримується Паризьким угоди по клімату, яку Україна підписала в квітні минулого року.

При всіх перерахованих вище вигоди ГАЕС ще й вигідніше будувати. Наприклад, згідно з Програмою розвитку гідроенергетики до 2026 р. капітальні витрати на будівництво 1 МВт встановленої потужності Дністровської та Канівської ГАЕС порівнянні з витратами на модернізацію 1МВт встановленої потужності блоку ТЕС. Однак якщо побудовані ГАЕС будуть експлуатуватися в середньому ще 100 років, то термін служби реконструйованих блоків ТЕС обмежений 15-20 роками.

Останнім часом у світі постійно виникають нові ідеї вирішення проблеми дефіциту регулюючих потужностей, зокрема, за рахунок накопичення електроенергії на системному рівні. Наприклад, технологія промислового застосування електричних акумуляторів-накопичувачів тільки почала розвиватися, і потужність пілотних зразків не перевищує 60-90 МВт. Але у цього методу є і більш суттєві недоліки: при виробництві та утилізації таких систем дуже велика загроза забруднення навколишнього середовища, цикл заряду таких пристроїв довше циклу розряду в кілька разів, і вони втрачають ємність задовго до того, як вичерпають свій ресурс. Все як у батарей смартфонів, тільки масштаби набагато більше. Тому в найближчій перспективі ця технологія не зможе замінити ГАЕС ні в світі, ні в Україні.

Ще одним перспективним напрямом регулювання потужності є управління попитом енергоспоживання - так звані інтелектуальні електромережі SmartGrid. Ця технологія базується на вирівнювання добового споживання електроенергії окремими домогосподарствами. Але в Україні на цю технологію доводиться набагато менша частка енергобалансу, ніж в Європі. Тому і ефект від таких заходів в українській енергосистемі буде мізерним.

З цієї ж причини передчасно говорити про інший нової технології - V2G. Це двостороннє використання електромобілів і гібридів, коли автомобіль підключається до загальної енергомережі не тільки для підзарядки, але і для повернення надлишків енергії, виробленої в процесі експлуатації. Однак цей метод, швидше за все, стане реальністю тільки в далекому майбутньому. В Україні наразі зареєстровано трохи більше 3000 електроавтомобілів і гібридів, і важко спрогнозувати, коли кількість такого транспорту досягне таких величин, що він зможе впливати на енергосистему країни. І це ще ми не беремо до уваги вартість електрокарів, яка для більшості громадян України в найближче десятиліття буде просто непідйомною.

Що стосується побутових акумуляторних систем на зразок Tesla PowerWall, які дозволяють створювати віртуальні електростанції" на дому, то загальна вартість такої системи для кінцевого споживача з установкою "під ключ" досягає $15 тис. Для України це поки - недосяжна величина.

Тому всі перераховані вище методи можуть стати вирішення проблеми регулювання потужністю української ОЕС, але в далекому майбутньому. А поки, в нинішніх реаліях, в Україні іншої альтернативи ГАЕС, як технології регулювання потужностей об'єднаної енергосистеми, просто немає.