Глобальные проблемы энергетики. Как нам их решить?

Отсутствие в течение длительного времени финансирования реконструкции тепловой энергетики в условиях исчерпания проектного ресурса энергооборудования является одной из определяющих причин нарастающей его аварийности. О том, что это не пустые слова, свидетельствуют крупнейшие за всю историю тепловой энергетики Украины аварии на Запорожской и Углегорской ТЭС (ЗТЭС и УТЭС). Эти аварии должны быть тщательно изучены и проанализированы не только в научно-техническом плане, но и на государственном уровне. Опасность таких аварий очень высока и может привести к развалу Объединенной энергосистемы (ОЭС) Украины с отделением от энергосистем сопредельных стран, с которыми мы связаны линиями электропередачи. За последние десятилетия подобные случаи имели место в Европе, в США и Канаде, с обесточиванием огромных территорий и миллионов потребителей, включая крупные промышленные комплексы.

В результате полной остановки Запорожской ТЭС зимой позапрошлого года возникли проблемы и в работе Запорожской АЭС, которые были оперативно устранены благодаря умелым действиям персонала обеих электростанций. Подобная авария даже не рассматривалась по этому взаимосвязанному энергокомплексу в целом, составляющими которого являются ЗТЭС и крупнейшая в мире Запорожская АЭС. К сожалению, оценка аспектов этой аварии, которая могла иметь значительно более серьезные последствия, свелась к тому, что она носит всего лишь региональный характер.

Обращает на себя внимание и то, что после вывода из работы еще 15 лет назад восьми газомазутных энергоблоков по 800 МВт на Запорожской и Углегорской ТЭС не была проанализирована опасность потери устойчивости этих мощнейших энергоузлов из-за возросшей вероятности их остановки по причине уменьшения количества работающих блоков.

Вызывает также сомнение надежность выдачи мощности этого энергоузла воздушными высоковольтными линиями (ВЛ), проходящими через Каховское водохранилище. Повреждение в апреле этого года ВЛ, обеспечивающих подачу электроэнергии в АРК, и обесточивание многих населенных пунктов и промышленных предприятий Крыма в течение суток наглядно показывают, что такие явления могут иметь место и в не гололедный период. За последнее время климатические аномалии, особенно ураганные ветры, стали весьма частыми в Украине, что должно быть учтено и требует внесения необходимых коррективов в нормативные документы.

О самом уязвимом на ТЭС

Авария с пожаром на Углегорской ТЭС, произошедшая 29 марта 2013 г., началась, как подтверждают специалисты "Центрэнерго", на одном из самых уязвимых мест электростанции, работающей на легковоспламеняющихся газовых и длиннопламенных углях. Речь идет о системе топливоприготовления с промежуточным бункером, которая была позаимствована из практики сжигания во многом отличающегося антрацитового угля.

Этот органический недостаток особенно опасен для тех пылеугольных энергоблоков Украины, которые сжигают легковоспламеняющийся уголь. А это - 12 и 6 энергоблоков 200 МВт, соответственно, Бурштынской и Кураховской ТЭС, по четыре энергоблока 300 МВт Запорожской, Углегорской и Зуевской ТЭС, 6 энергоблоков 300 МВт Ладыжинской ТЭС и другие, то есть почти половина угольных энергоблоков Украины. Ясно, что рисковать таким достоянием - слишком большая роскошь для страны.

Давно назрела необходимость отказа от порочной - в условиях применения легковоспламеняющегося угля - системы топливоприготовления сложной конфигурации и большой протяженности. Взамен предлагается перейти на значительно более простую и безопасную систему прямой подачи топлива в котлоагрегат. Такое предложение выдвигалось еще на заре освоения сжигания газовых и длиннопламенных углей в Украине на Бурштынской ТЭС в 70-е годы прошлого столетия, когда системы топливоприготовления взрывались чуть ли не каждый день. Благодаря некоторым усовершенствованиям проблему взрывобезопасности частично удалось решить.

Однако, несмотря на настойчивые рекомендации специалистов, в целом проблему сжигания угля с применением прямой подачи его в котлоагрегат похоронили в бесплодных дискуссиях. Пришло время вернуться к решению этой проблемы в соответствии с международной энергетической практикой.

О маневренности и безопасности энергосистемы

В последние годы в связи со значительной долей выработки электроэнергии на АЭС (эти электростанции работают согласно условиям ядерной безопасности в базисе и при ухудшении конфигурации суточного и недельного графиков электрических нагрузок с резким уменьшением электропотребления в ночное время и выходные дни) обострились проблемы маневренности энергосистемы Украины. Хотя маневренность является составляющей ее безопасной эксплуатации. В пиковую часть графика электрических нагрузок вынужденно перешли неприспособленные к такой работе угольные энергоблоки ТЭС, что негативно сказалось на их состоянии, работоспособности и, естественно, безопасности. Резко ухудшились производственные и технико-экономические показатели тепловой энергетики.

Для угольных энергоблоков, составляющих основу тепловой энергетики Украины (82 из 104), выполнение роли маневренных мощностей, кроме значительного дополнительного износа оборудования, привело к дополнительным потерям топлива, особенно при уменьшении количества находящихся в работе энергоблоков в два-три раза от их общего количества на ТЭС. По имеющимся данным, КПД ТЭС снизился с 36–38 до 25–28%, что приводит к повышению себестоимости киловатт-часа. Складывается парадоксальная ситуация: АЭС постоянно работают с максимальной нагрузкой в целях экономии органического топлива, тем самым вызывая его значительную дополнительную потерю на ТЭС (до 2 млн тонн в год).

Украинской энергосистеме необходимы как минимум 2,5–3 млн КВт регулировочной мощности (около 10% действующих энергомощностей), которыми наряду с гидро- и гидроаккумулирующими являются высокоэкономичные, экологически чистые и маневренные газотурбинные и парогазовые электростанции. Они позволят обеспечить безопасную работу АЭС, включая ввод в эксплуатацию двух строящихся энергоблоков Хмельницкой АЭС, и создадут регулировочный диапазон мощности в энергосистеме Украины. Их применение, как показывает опыт европейских стран, в большинстве
своем необеспеченных собственной добычей природного газа, даст значительный эффект по всему топливно-энергетическому комплексу.

Об экологически чистом сжигании угля и региональном энергообеспечении

Одним из путей выхода из кризисного состояния энергетики следует считать применение на ТЭС новых технологий экологически чистого сжигания угля. К ним относятся, в первую очередь, технологии циркулирующего кипящего слоя (ЦКС), внутрицикловая газификация угля, применение водоугольных суспензий и др. О них неоднократно упоминалось в исследованиях и разработках ученых НАН Украины и других научных центров, они широко используются в мировой энергетике десятки лет.

Применение этих технологий создаст предпосылки для применения в широких масштабах низкокачественного каменного угля и отходов его обогащения, а также бурого угля. Использование бурого угля открытых разработок в малой энергетике при значительных его запасах может стать альтернативным источником энергии в отдельных регионах. Это подтверждается опытом немецких и болгарских энергетиков, да и нашим отечественным опытом не такого уж далекого прошлого.

Учитывая дефицит энергоносителей, в том числе энергетических марок каменного угля, наращивание открытой добычи бурого угля могло бы способствовать сбалансированию топливоэнергообеспечения на местном (региональном) уровне. Расчеты показывают, что при увеличении использования бурого угля как вспомогательного энергоносителя можно уже в ближайшие годы построить до десятка небольших (мощностью 50–100 МВт) электростанций непосредственно в местах его открытой добычи. Это снизит дефицит энергетического каменного угля и затраты на его шахтную добычу, а также в некоторой мере будет способствовать решению насущной задачи децентрализации энергосистемы Украины.

О проблеме утилизации отходов сжигания твердого топлива

Увы, уже много лет практически не решаются проблемы, связанные с работой ТЭС и утилизацией твердых отходов от сжигания твердого топлива. При сжигании на украинских ТЭС около 30 млн тонн натурального топлива в год выход золошлаков составляет порядка 10 млн тонн.

Занимая сотни гектаров земли неподалеку от крупных ТЭС, золоотвалы являются постоянно действующим загрязнителем почвы, грунтовых вод и атмосферы. Многие золоотвалы построены по остаточному принципу, как вспомогательные сооружения, без гидроизоляции и средств устранения пылений золоотвала. Имея многокилометровые ограждающие дамбы из насыпного грунта проектной высотой 20 м и более, золоотвалы в силу многих причин переполнены по сравнению с проектной емкостью в несколько раз. И, как показал печальный опыт эксплуатации Раздольского, Куреневского и других хранилищ жидких и полужидких отходов, в условиях длительной эксплуатации являются сооружениями повышенной опасности.

Нерациональное использование земельных угодий, ветровое запыление больших территорий, угроза прорыва ограждающих дамб (прочность которых трудно гарантировать) с вероятными катастрофическими последствиями требуют принятия неотложных мер как по самим золоотвалам, так и по утилизации золы и сокращению объемов ее складирования.

Это тем более необходимо, потому что в действующих и нерекультивированных золошлакоотвалах ТЭС накоплено свыше 100 млн тонн вредных отходов. В силу ряда причин и, прежде всего, из-за отсутствия государственного подхода к ее утилизации зола стала обузой для предприятий стройиндустрии, и они отказались от нее.

Утилизация золы в сухом виде является неотъемлемой составляющей технологического процесса угольных теплоэлектростанций государств Евросоюза, а также США и других промышленно развитых стран мира, соблюдающих нормы и требования безопасности производства и экологии. Энергокомпаниями Германии и других стран в тарифе на электроэнергию заложена плата предприятиям, использующим золу и образующийся в процессе сероочистки дымовых газов ТЭС гипс. У нас же достаточно хорошо работавшие установки для сбора и отгрузки сухой золы ряда ТЭС многие годы практически простаивают.

По мнению многих опытных энергетиков, государственная политика по обеспечению промышленной безопасности энергетических объектов не соответствует тем задачам, которые
стоят перед энергетикой страны. Для ее совершенствования назрела необходимость создать межведомственную группу из высококвалифицированных специалистов-энергетиков различного профиля, а также ученых, занимающихся проблемами промышленной безопасности и техногенных катастроф. Цель работы такой группы - анализ и предотвращение возможности возникновения аналогичных критических ситуаций, в первую очередь, в Объединенной энергосистеме Украины.

Мировой опыт неоднократного обесточивания крупнейших регионов США, Великобритании, Австралии, Франции и других стран, а также аварий на Саяно-Шушенской ГЭС, АЭС "Фукусима-1", Чернобыльской АЭС дает четкие сигналы о том, что излишнего внимания к опасностям техно-технологического характера в энергетике не бывает, а есть только их недооценка. Более того, необходимо глубоко проанализировать предыдущий опыт развития энергетики, создать действенный государственный орган по проблемам эффективного функционирования энергетики в целом при участии признанных профессиональных энергетиков страны, в том числе тех, кто по разным причинам сегодня не востребован.

Учитывая ведущую роль энергетики в современном мире, со всей очевидностью назрела необходимость над всем этим задуматься Министерству энергетики и угольной промышленности и Совету национальной безопасности и обороты Украины. Решение насущных проблем безопасности тепловой энергетики в современных условиях носит глобальный характер. Необходим комплекс научно обоснованных и оптимизированных решений неотложных проблем надежности, экономичности, продления ресурса, промышленной и экологической безопасности тепловой энергетики, а также ее обновления за счет внедрения современных энергоагрегатов.

К сожалению, это не было выполнено, когда энергетика Украины была государственной. Как быть теперь, когда большая часть генерации тепловой энергетики принадлежит одному акционеру? Ведь без четкой программы развития энергетики Украины ее дальнейшая европейская интеграция практически бесперспективна, и вялотекущим сооружением дополнительных энергоблоков на Хмельницкой АЭС никак не обойтись. Учитывая опыт той же Польши, а также стран Балтии, нужны многомиллиардные вложения, и их надо изыскивать.

То, что было использовано в стране для первичного накопления капитала за счет ресурсов энергетики при трансформации экономики на рыночных началах, необходимо ей же и возвращать, если мы хотим безопасного развития страны.