Як запобігти колапсу енергосистеми

Енергетика в наш час є ключовою стратегічною галуззю забезпечення сталого розвитку будь-якої держави. Сталий розвиток - це керований розвиток. В ринкових умовах керованість економіки кожної країни можлива лише за її державного контролю та регулювання в обсягах не менш як 61,8%. Цю вимогу в нашій країні проігноровано, і саме тому, на наш погляд, відбувається занепад Об'єднаної енергетичної системи України (ОЕСУ), який загрожує їй колапсом. На сьогодні майже 90% блоків ТЕС, збудованих ще в 50–60-х роках минулого століття, закритично зношені. Вичерпується і нормативний термін експлуатації блоків АЕС, а подовження терміну їх експлуатації до 40 років ситуацію в ОЕСУ поліпшить ненадовго і незначно.

Суттєвим недоліком ОЕСУ є надто високий рівень централізованої генерації нею електрики (близько 93%), що зумовлює значні її втрати (до 20%) на трансформаторах і при транспортуванні ЛЕП, а також великі фінансові витрати на спорудження магістральних електромереж. Для порівняння, частка децентралізованої генерації в країнах ЄС досягає близько 49%, а втрати електрики в мережах становлять лише 7–9%. Завдяки децентралізації потреби ОЕС країн Євросоюзу в маневровій потужності набагато менші, ніж в ОЕС України.

Через війну з РФ функціонування ОЕС України значно ускладнилося. Терористами нині захоплено три теплові електростанції сумарною потужністю 6,87 ГВт (25% потужності ТЕС ОЕСУ) і 65 шахт із 90, через що енергетичне вугілля практично надовго стало великим дефіцитом для ТЕС України, а на атомних електростанціях виник великий дефіцит ємності для радіоактивних відходів, тому в будь-який момент може бути зупинено роботу семи блоків АЕС.

Отже, гостро постало питання про те, як запобігти колапсу ОЕС України. Будувати нові АЕС? Зазначимо, що це вкрай нереалістична пропозиція, бо будівництво тільки однієї АЕС потребує не менше десяти років, а також чималих коштів, яких в України нема і яких їй ніхто не дасть. Варто нагадати, що більшість цивілізованих країн світу після аварії на АЕС "Фукусіма" активно виступають за закриття всіх АЕС. Через брак власних коштів і традиційних енергоресурсів (вугілля, природного газу та води) для України стало недоцільним і навіть неможливим спорудження також нових ТЕС/ТЕЦ і ГЕС/ГАЕС великої потужності.

Нагадаємо, що на сьогодні АЕС, ТЕС/ТЕЦ і ГЕС генерують в ОЕСУ понад 99,1% електрики. Отже, маємо всі підстави зазначити, що Об'єднана енергосистема країни нині перебуває на порозі неухильної деградації, яка за відсутності ефективної протидії їй через 7–8 років закінчиться розпадом або навіть колапсом ОЕС. Великий подив викликає те, що науковці НАНУ, які є радниками уряду, зовсім не знають реального стану енергетики в розвинених країнах і не аналізують тренду розвитку та результатів освоєння ними ресурсів відновлюваних джерел енергії (ВДЕ). Через це вони уже більш як 15 років "розробляють" Енергетичну стратегію України до 2030 р. Для її реалізації потрібно понад 1 трлн дол. Де Україні взяти такі гроші?! І як віддавати?

Сучасний досвід модернізації електроенергетики Китаю, США, ФРН, Іспанії, Індії, Бразилії, Великої Британії, Данії, Франції та ряду інших країн свідчить, що запобігти колапсу ОЕС можливо шляхом широкомасштабного впровадження технологій використання ВДЕ, яке стало нині головним трендом модернізації енергосистем в усіх розвинених країнах світу.

На сьогодні найефективнішою технологією використання ВДЕ є вітроенергетика. Світовим лідером у галузі вітроенергетики є Китай, встановлені потужності вітряних електричних станцій (ВЕС) в якому на кінець 2015 р. досягли 145 ГВт. Упродовж минулого року світовий парк ВЕС збільшився на 63 ГВт, а сумарна його потужність становить 432,32 ГВт. Водночас річний приріст світового парку АЕС близько 15 років не перевищує 1 ГВт, а його сумарна потужність досягла 382,55 ГВт. Відомо, що питомі обсяги генерації електрики АЕС у 2,5 разу більші, ніж ВЕС. Розрахунки Світової вітроенергетичної ради (GWEC) показують, що у разі збереження нинішніх темпів розвитку вітроенергетики світовий парк ВЕС до 2030 р. досягне 2000 ГВт.

Однак з урахуванням того, що країни ЄС та Японія виведуть свої АЕС з експлуатації, світовий парк АЕС за цей період часу не зможе досягти сумарної потужності навіть у 400 ГВт. За цих обставин обсяги генерації електрики ВЕС перевищуватимуть обсяги генерації АЕС. І тому в подальшій перспективі ВЕС разом з іншими електростанціями, що використовують ВДЕ, зможуть повністю витіснити АЕС із об'єднаних енергосистем. Зазначимо, що такий процес витіснення в принципі розпочався, і є підтвердження того, що також розпочалося витіснення із ОЕС ще й ТЕС. Зокрема, США в 2015 р. ввели в експлуатацію електростанції, що використовують ВДЕ, на загальну потужність майже
16 ГВт. При цьому вони на сумарну потужність 11 ГВт закрили рекордну кількість ТЕС, що працюють на вугіллі.

В Україні вітровий потенціал дає можливість споруджувати рентабельні вітряні електростанції та вітряні електрогенеруючі установки (ВЕУ) майже на 80% її території. Найбільш ефективними вони будуть на акваторії та узбережжі Чорного і Азовського морів, а також у Карпатах, на лиманах і водоймах дніпровського каскаду ГЕС.

Порівняно з традиційними технологіями генерування електричної енергії ВЕС та ВЕУ мають такі переваги:

- можливість забезпечити високий рівень децентралізації генерування електрики і значне скорочення її втрат в електромережах (за фінансової допомоги в приблизно 12 млн грн для спорудження однієї ВЕУ потужністю 610 кВт децентралізації генерування електроенергії ОЕСУ дуже активно сприятимуть новостворені громади);

- короткий цикл спорудження (ВЕУ - до двох місяців, ВЕС - до двох років), що дасть змогу Україні щороку нарощувати парк вітроенергетики майже на 1 ГВт;

- низькі питомі капітальні витрати на спорудження ВЕУ та ВЕС (у разі використання ВЕУ вітчизняного виробництва - до 500 євро/кВт, імпортних ВЕУ - до 1500 євро/кВт);

- низька собівартість генерованої електрики (в Україні - до 3 евроцентів/кВт·год за державного або приватного фінансування, не нижче 8 євроцентів/кВт·год при використанні іноземних інвестицій; у Китаї - у межах 2–3 центів/кВт·год за державного фінансування; в США собівартість 1 кВт·год електрики, виробленої ВЕС, становить у середньому близько 6 центів, тоді як собівартість електрики, виробленої на ТЕС, у разі врахування всіх статей амортизації становить приблизно 9 центів, а електрики, виробленої на АЕС, - близько
11 центів);

- контроль і регулювання роботи ВЕС та ВЕУ комп'ютерною технікою дистанційно, без участі технічного персоналу;

- відсутність екологічного забруднення довкілля.

Для запобігання колапсу ОЕСУ і підвищення рівня децентралізації генерування електрики значні можливості мають сонячні електростанції (СЕС). В Україні на сьогодні найбільш доцільним буде використання сонячних фотоелектричних станцій (СФЕС) малої потужності: в приватній власності - потужністю до 30 кВт, а на дахах житлових будинків і адміністративних будівель, на відкритих ринках, автостоянках та ін. - потужністю до 100 кВт. Це зменшить питомі фінансові витрати на спорудження СФЕС, мінімізує втрати енергії в мережах і сприятиме децентралізації її генерації. Сонячні фотоелектричні станції таких потужностей у країнах ЄС становлять близько 70% усього їхнього парку. СФЕС потужністю понад 10 МВт значно ускладнюють роботу електричних мереж і підвищують рівень втрат електрики на ЛЕП і ТП. Спорудження таких станцій великої потужності доцільне над трамвайними лініями, над відкритими лініями метрополітену, а також над залізницями у випадках, коли ці види транспорту для свого руху використовують постійний струм безпосередньо від СФЕС і завдяки цьому отриману електроенергію витрачають більш ефективно.

Собівартість електрики, виробленої СФЕС, в Україні значно більша (25–35 євроцентів/кВт·год), ніж від ВЕУ чи ВЕС. Причиною цього є низький ККД генерування електрики (8–15%) і більші питомі капітальні витрати на будівництво станцій. Ситуація може докорінно змінитися, коли на світовий ринок вийдуть СФЕС з ККД 50–60%, собівартість електрики в яких може становити 1–2 центи. Над технологією серійного виробництва сонячних фотоелектричних станцій уже багато років працюють учені ряду країн, і нині вони дуже близькі до бажаного результату.

У світовій електроенергетиці великі перспективи пов'язують із СЕС з параболічними концентраторами сонячної інсоляції і соляними акумуляторами тепла. Цінність такої сонячної електростанції полягає в тому, що вона може використовуватись як маневрова потужність для регулювання навантаження ОЕС. Лідерами в широкомасштабному застосуванні цієї технології є Іспанія та США. Питомі витрати коштів на спорудження СЕС із параболічними концентраторами становлять близько 5 центів/Вт. В Україні з огляду на рекомендований рівень сонячної інсоляції ефективна робота СЕС такого типу може досягатися в разі спорудження їх в Одеській і Херсонській областях і Криму. Пілотну СЕС із параболічними концентраторами доцільно спорудити поблизу м. Болграда Одеської області, де існують значні складнощі з електропостачанням, є необхідний для цього потенціал сонячної інсоляції і конструкторські напрацювання щодо спорудження ПГУ. Аналіз Інституту "Укрмережпроект" щодо стану ОЕС України та проблем електрозабезпечення, зокрема в південно-західній частині Одещини, засвідчує доцільність і необхідність першочергового започаткування децентралізації генерації електрики в цьому регіоні.

Упродовж останніх років в Україні доволі активно (хоча для нинішнього стану ОЕСУ все ж недостатньо) розпочалося спорудження СФЕС, ВЕС та інших електричних станцій, які використовують ВДЕ (електростанції на біопаливі, міні-ГЕС тощо). Освоєння технологій використання інших видів ВДЕ нами не заперечується, але їх поширення буде доцільним лише в разі, коли за техніко-економічними показниками вони не будуть значно гіршими від ВЕС і ВЕУ.

Необхідно наголосити на тому, що масштабне спорудження ВЕС, ВЕУ та СФЕС значно ускладнить роботу ОЕСУ, якщо не передбачити ефективних заходів із протидії. На наш погляд, найбільш ефективною протидією цьому буде масштабне впровадження споживачів-регуляторів, які отримуватимуть електроенергію в періоди надлишку її в ОЕСУ, що фіксується параметрами частоти і напруги струму. Комп'ютерні техніка та програми в разі перевищення стандартних параметрів струму включатимуть в Об'єднану енергосистему таких споживачів-регуляторів, якими, на нашу думку, перш за все мають бути теплові насоси та/або установки з електричного індукційного нагріву потужністю щонайменше 1 МВт, з тим, щоб не ускладнювати роботи диспетчерам ОЕСУ. Розрахунки свідчать, що завдяки цьому значно раціональніше і ефективніше працюватимуть ще не виведені з експлуатації ТЕС/ТЕЦ, АЕС, ГЕС/ГАЕС, а в комунальному господарстві країни неухильно скорочуватимуться обсяги використання природного газу, насамперед імпортованого з РФ, що позитивно впливатиме на формування бюджету регіонів і країни загалом.