Как предотвратить коллапс энергосистемы

Энергетика в наше время является ключевой стратегической отраслью обеспечения устойчивого развития любого государства. Устойчивое развитие - это управляемое развитие. В рыночных условиях управляемость экономики каждой страны возможна только при ее государственном контроле и регулировании в объемах не менее 61,8%. Это требование в нашей стране проигнорировано, и именно поэтому, на наш взгляд, происходит упадок Объединенной энергетической системы Украины (ОЭСУ), который угрожает ей коллапсом. На сегодняшний день почти 90% блоков ТЭС, построенных еще в 50–60-е годы прошлого века, сверхкритично изношены. Исчерпывается и нормативный срок эксплуатации блоков АЭС, а продление срока их эксплуатации до 40 лет ситуацию в ОЭСУ улучшит ненадолго и незначительно.

Существенным недостатком ОЭСУ является весьма высокий уровень централизованной генерации ею электроэнергии (около 93%), что обусловливает значительные ее потери (до 20%) на трансформаторах и при транспортировке ЛЭП, а также крупные финансовые затраты на сооружение магистральных электросетей. Для сравнения, доля децентрализованной генерации в странах ЕС достигает около 49%, а потери электричества в сетях составляют всего 7–9%. Благодаря децентрализации потребности ОЭС стран Евросоюза в маневровой мощности намного меньше, чем в ОЭС Украины.

Из-за войны с РФ функционирование ОЭС Украины значительно усложнилось. Террористами сейчас захвачены три тепловые электростанции суммарной мощностью
6,87 ГВт (25% мощности ТЭС ОЭСУ) и 65 шахт из 90, из-за чего энергетический уголь практически надолго стал большим дефицитом для ТЭС Украины, а на атомных электростанциях возник большой дефицит емкости для радиоактивных отходов, поэтому в любой момент может быть остановлена работа семи блоков АЭС.

Следовательно, остро стоит вопрос о том, как предотвратить коллапс ОЭС Украины. Строить новые АЭС? Отметим, что это крайне нереалистичное предложение, поскольку на строительство только одной АЭС требуются не менее десяти лет, а также немалые средства, которых у Украины нет и которые ей никто не даст. Следует напомнить, что большинство цивилизованных стран мира после аварии на АЭС "Фукусима" активно выступают за закрытие всех АЭС. За неимением собственных средств и традиционных энергоресурсов (угля, природного газа и воды) для Украины стало нецелесообразным и даже невозможным строительство также новых ТЭС/ТЭЦ и ГЭС/ГАЭС большой мощности.

Напомним, что на сегодняшний день АЭС, ТЭС/ТЭЦ и ГЭС генерируют в ОЭСУ свыше 99,1% электроэнергии. Следовательно, есть все основания говорить, что Объединенная энергосистема страны сейчас находится на пороге неизбежной деградации, которая при отсутствии эффективного противодействия ей через 7–
8 лет закончится распадом или даже коллапсом ОЭС. Большое удивление вызывает то, что ученые НАНУ, являющиеся советниками правительства, совершенно не знают реального состояния энергетики в развитых странах и не анализируют тренд развития и результаты освоения ими ресурсов возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Из-за этого они уже более 15 лет "разрабатывают" Энергетическую стратегию Украины до 2030 г. Для ее реализации понадобится свыше 1 трлн долл. Где Украине взять такие деньги?! И как отдавать?

Современный опыт модернизации электроэнергетики Китая, США, ФРГ, Испании, Индии, Бразилии, Великобритании, Дании, Франции и ряда других стран свидетельствует, что предотвратить коллапс ОЭС возможно путем широкомасштабного внедрения технологий использования ВИЭ, которое стало сейчас главным трендом модернизации энергосистем во всех развитых странах мира.

На сегодняшний день наиболее эффективной технологией использования ВИЭ является ветроэнергетика. Мировым лидером в сфере ветроэнергетики является Китай, установленные мощности ветровых электростанций (ВЭС) в котором на конец 2015 г. достигли 145 ГВт. В течение прошлого года мировой парк ВЭС увеличился на 63 ГВт, а суммарная его мощность составляет 432,32 ГВт. Вместе с тем годовой прирост мирового парка АЭС около 15 лет не превышает 1 ГВт, а его суммарная мощность достигла 382,55 ГВт. Известно, что удельные объемы генерации электричества АЭС в 2,5 раза больше, чем ВЭС. Расчеты Всемирного ветроэнергетического совета (GWEC) показывают, что в случае сохранения нынешних темпов развития ветроэнергетики мировой парк ВЭС к 2030 г. достигнет 2000 ГВт.

Но с учетом того, что страны ЕС и Япония выведут свои АЭС из эксплуатации, мировой парк АЭС за этот период не сможет достичь суммарной мощности даже в 400 ГВт. При этих обстоятельствах объемы генерации электричества ВЭС превысят объемы генерации АЭС. Поэтому в дальнейшей перспективе ВЭС вместе с другими электростанциями, использующими ВИЭ, смогут полностью вытеснить АЭС из объединенных энергосистем. Отметим, что такой процесс вытеснения в принципе начался, и существуют подтверждения того, что также началось вытеснение из ОЭС еще и ТЭС. В частности, США в 2015 г. ввели в эксплуатацию электростанции, использующие ВИЭ, на общую мощность почти 16 ГВт. При этом они на суммарную мощность 11 ГВт закрыли рекордное количество ТЭС, работающих на угле.

В Украине ветровой потенциал позволяет строить рентабельные ветровые электростанции и ветровые электрогенерирующие установки (ВЭУ) почти на 80% ее территории. Наиболее эффективными они будут на акватории и побережье Черного и Азовского морей, а также в Карпатах, на лиманах и водоемах днепровского каскада ГЭС.

По сравнению с традиционными технологиями генерирования электрической энергии ВЭС и ВЭУ имеют следующие преимущества:

- возможность обеспечить высокий уровень децентрализации генерирования электричества и значительное сокращение его потерь в электросетях (при финансовой помощи в приблизительно 12 млн грн для строительства одной ВЭУ мощностью 610 кВт децентрализации генерирования электроэнергии ОЭСУ очень активно будут способствовать новообразованные громады);

- короткий цикл строительства (ВЭУ - до двух месяцев, ВЭС - до двух лет), что позволит Украине ежегодно наращивать парк ветроэнергетики почти на 1 ГВт;

- низкие удельные капитальные затраты на сооружение ВЭУ и ВЭС (в случае использования ВЭУ отечественного производства - до 500 евро/кВт, импортных ВЭУ - до
1500 евро/кВт);

- низкая себестоимость генерированного электричества (в Украине - до 3 евроцентов/кВт·ч при государственном или частном финансировании, не ниже 8 евроцентов/кВт·ч при использовании иностранных инвестиций; в Китае - в пределах 2–3 центов/кВт·ч при государственном финансировании; в США себестоимость 1 кВт·ч электроэнергии, произведенной ВЭС, составляет в среднем около 6 центов, в то время как себестоимость электричества, произведенного на ТЭС, в случае учета всех статей амортизации, составляет приблизительно 9 центов, а электроэнергии, произведенной на АЭС, - около 11 центов);

- контроль и регулирование работы ВЭС и ВЭУ компьютерной техникой дистанционно, без участия технического персонала;

- отсутствие экологического загрязнения окружающей среды.

Для предотвращения коллапса ОЭСУ и повышения уровня децентрализации генерирования электричества значительные возможности имеют солнечные электростанции (СЭС). В Украине на сегодняшний день наиболее целесообразно использовать солнечные фотоэлектрические станции (СФЭС) малой мощности: в частной собственности - мощностью до 30 кВт, а на крышах жилых домов и административных зданий, на открытых рынках, автостоянках и др. - мощностью до 100 кВт. Это уменьшит удельные финансовые затраты на сооружение СФЭС, минимизирует потери энергии в сетях и будет способствовать децентрализации ее генерации. Солнечные фотоэлектрические станции таких мощностей в странах ЕС составляют около 70% всего их парка. СФЭС мощностью свыше
10 МВт значительно усложняют работу электрических сетей и повышают уровень потерь электричества на ЛЭП и ТП. Сооружение таких станций большой мощности целесообразно над трамвайными линиями, над открытыми линиями метрополитена, а также над железными дорогами в случаях, когда эти виды транспорта для своего движения используют постоянный ток непосредственно от СФЭС и благодаря этому полученную электроэнергию расходуют эффективнее.

Себестоимость электричества, произведенного СФЭС, в Украине значительно выше (25–35 евроцентов/кВт·ч), чем от ВЭУ или ВЭС. Причиной этого являются низкий КПД генерирования электроэнергии (8–15%) и большие удельные капитальные затраты на строительство станций. Ситуация может полностью измениться, если на мировой рынок выйдут СФЭС с КПД 50–60%, себестоимость электроэнергии в которых может составить 1–2 цента. Над технологией серийного производства солнечных фотоэлектрических станций уже многие годы работают ученые ряда стран, и сейчас они очень близки к достижению желаемого результата.

В мировой электроэнергетике большие перспективы связывают с СЭС с параболическими концентраторами солнечной инсоляции и соляными аккумуляторами тепла. Ценность такой солнечной электростанции заключается в том, что она может использоваться как маневровая мощность для регулирования нагрузки ОЭС. Лидерами в широкомасштабном применении этой технологии являются Испания и США. Удельные затраты на сооружение СЭС с параболическими концентраторами составляют около 5 центов/Вт. В Украине, с учетом рекомендованного уровня солнечной инсоляции, эффективная работа СЭС такого типа может достигаться в случае сооружения их в Одесской и Херсонской областях и Крыму. Пилотную СЭС с параболическими концентраторами целесообразно соорудить вблизи г. Болграда Одесской области, где существуют значительные сложности с электроснабжением, есть необходимый для этого потенциал солнечной инсоляции и конструкторские наработки по сооружению ПГУ. Анализ Института "Укрмережпроект" о состоянии ОЭС Украины и проблемах энергообеспечения, в частности в юго-западной части Одесчины, подтверждает целесообразность и необходимость первоочередного начала децентрализации генерации электричества в этом регионе.

В течение последних лет в Украине довольно активно (хотя для нынешнего состояния ОЭСУ все же недостаточно) началось сооружение СФЭС, ВЭС и других электростанций, использующих ВИЭ (электростанции на биотопливе, мини-ГЭС и т.п.). Освоение технологий использования других видов ВИЭ нами не отрицается, но их распространение целесообразно только в том случае, если по технико-экономическим показателям они не будут значительно хуже ВЭС и ВЭУ.

Необходимо подчеркнуть, что масштабное сооружение ВЭС, ВЭУ и СФЭС значительно усложнит работу ОЭСУ, если не предусмотреть эффективных мер по противодействию. На наш взгляд, наиболее эффективным противодействием этому будет масштабное внедрение потребителей-регуляторов, которые будут получать электроэнергию в периоды излишка ее в ОЭСУ, что фиксируется параметрами частоты и напряжения тока. Компьютерные техника и программы в случае превышения стандартных параметров тока будут включать в Объединенную энергосистему таких регуляторов, которыми, по нашему мнению, прежде всего должны быть тепловые насосы и/или установки по электрическому индукционному нагреву мощностью не менее 1 МВт, с тем, чтобы не усложнять работу диспетчерам ОЭСУ. Расчеты свидетельствуют, что благодаря этому значительно рациональнее и эффективнее будут работать еще не выведенные из эксплуатации ТЭС/ТЭЦ, АЭС, ГЭС/ГАЭС, а в коммунальном хозяйстве страны неуклонно будут сокращаться объемы использования природного газа, прежде всего импортированного из РФ, что положительно скажется на формировании бюджета регионов и страны в целом.