С большим размахом

В будущем ВЭС смогут частично заменить ТЭС в энергосистеме и будут использоваться для ее балансировки

Вступив в Европейское энергетическое сообщество, Украина обязалась к 2020 г. увеличить долю возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в общей выработке электроэнергии до 11%. В то же время, согласно принятой недавно обновленной Энергостратегии Украины, к 2030 г. доля ВИЭ должна достигнуть всего 4.7%.

Насколько реально для украинской "зеленой" энергетики выйти на уровень, соответствующий международным обязательствам, что препятствует этому и позволяет ли нынешняя инфраструктура украинской энергосистемы безболезненно наращивать долю ВИЭ — об этом "ЭнергоБизнес" беседовал с сотрудником Института возобновляемой энергетики НАН Украины Николаем Кузнецовым.

Нина ШЕРШОВА

— Николай Петрович, как Вы оцениваете развитие ВИЭ в Украине и какие основные сдерживающие факторы роста этого сектора?

— ВИЭ, прежде всего, ветроэнергетические станции, развиваются достаточно динамично, о чем свидетельствует статистика роста их мощностей. Если говорить о технических ограничениях, то это, в первую очередь, необходимость балансировки энергосистемы и наращивания резервных мощностей для компенсации колебаний выработки э/э ВИЭ. Это обусловлено такими особенностями ветровых (ВЭС) и солнечных (СЭС) электростанций, как переменный (во времени) характер производства э/э и неточность прогнозирования этого производства. Кроме того, украинская энергосистема во многом пока не готова к масштабному развертыванию ВИЭ.

Ведь наращивание мощностей ВЭС или СЭС требует разветвленной сети магистральных линий электропередачи (ЛЭП), а наши магистральные сети создавались для соединения крупных производителей э/э, в первую очередь, ТЭС и АЭС, с крупными потребителями — заводами, городами. Немного лучше в этом отношении положение в южных регионах — на Донбассе, в Запорожской, Николаевской, Херсонской областях, АР Крым. Именно там сейчас активно строятся новые ВЭС и СЭС, хотя их выгодно устанавливать на открытых пространствах без плотной застройки, а юго-восток Украины довольно плотно заселен.

Кроме того, если ВЭС или СЭС строится на периферийном участке электросети, для нее нужно дополнительно поставить подстанцию или построить ветку до силовой линии, если она там не проходит, что требует дополнительных затрат. Сейчас строительство объектов ВИЭ перевели на рыночные условия и многие инвесторы стараются сэкономить, чтобы быстрее окупить строительство электростанции. Поэтому мощности строят в основном там, где это позволяет наличие электросетей.

— Насколько остро стоит проблема балансировки энергосистемы при нынешнем уровне развития альтернативной энергетики?

— Эта проблема существует и без альтернативной энергетики, поскольку работа энергосистемы сама по себе нестабильна. Потребление мощности падает или увеличивается в течение суток. Чтобы уравновесить эти колебания существует график работы всех электростанций, подразумевающий почасовое или получасовое планирование. Балансировка осуществляется за счет резервных мощностей, которые подключаются и отключаются в зависимости от уровня потребления.

Как правило, для этого используются ТЭС на природном газе, которые могут снижать или увеличивать свою мощность до 20% на час или два. В периоды пикового потребления в работу энергосистемы включаются ГЭС или ГАЭС. Но использование ГАЭС непрактично, потому что при этом происходят большие потери э/э — до 30%. В северных странах с развитой гидроэнергетикой, например, в Норвегии, энергосистему уравновешивают за счет ГЭС, а не ТЭС на газе, как в Украине.

Замечу, что режим работы ВЭС отчасти совпадает с пиками режимов потребления, поэтому ввод в эксплуатацию новых "зеленых" электростанций послужит дополнительным подспорьем для работы энергосистемы. В целом, если "зеленая" энергетика и увеличивает потребность в резервных мощностях, то ненамного. Согласно расчетам International Energy Agency (IEA), на каждые из вводимых в эксплуатацию 10 МВт "альтернативных" мощностей необходимо 2 МВт дополнительных (т.к. частично используются существующие) резервных мощностей.

— Минэнергоугля оценивает необходимость в резервных мощностях примерно на уровне установленных мощностей альтернативной энергетики. Т.е. на каждый новый "альтернативный" мегаватт необходимо вводить в действие мегаватт компенсирующих мощностей. Насколько верна, по-вашему, такая оценка?

— Согласно нашим данным, потребность в компенсирующих мощностях значительно меньше. Для исследования этого вопроса Институт возобновляемой энергетики создал математическую модель стохастических нагрузок на энергосистему Украины. Согласно расчетам, при обычных условиях (отсутствие альтернативной энергетики) стандартное случайное отклонение уровня потребляемой мощности составляет до 8%. Интеграция в энергосистему двух ВЭС общей мощностью 2.5 тыс МВт увеличивает случайное отклонение максимум до 9%. Снизить отклонение позволяет пространственная дисперсия ВЭС (рассредоточение их по большой территории).

Дисперсия вообще может избавить крупную энергосистему от необходимости в дополнительных компенсирующих мощностях. Так, по данным Международного энергетического агентства (МЭА), при согласованной работе энергосистемы в масштабах всей Европы техническая потребность в дополнительном резервировании практически отсутствует, проблема лишь в политических решениях по согласованию межгосударственных механизмов финансовой компенсации. Грубо говоря, в идеале европейские государства могут по очереди поставлять друг другу избыточную э/э своих ВЭС, и им надо лишь договориться, сколько за нее платить (учитывая различие национальных схем поддержки альтернативной энергетики).

Постепенное внедрение в энергосистеме концепции smart grid ("интеллектуальная сеть"илиактивно-адаптивная сеть". — Прим.) позволяет улучшить управление энергопотоками настолько, что неравномерность выработки отдельных ветротурбин полностью сглаживается.

Ряд исследований свидетельствует, что полная реализация smart grid в энергосистеме ЕС позволит полностью отказаться от дополнительных компенсирующих мощностей, если равномерно рассредоточить ВЭС, в первую очередь, оффшорные станции, на всех доступных территориях и акваториях Европы.

В энергосистемах отдельных стран потребность в дополнительных резервных мощностях есть, но не такая значительная, как иногда считают. Так, по данным Дублинского национального университета, для Ирландии она находится на уровне 10% установленной мощности ВЭС, примерно на том же уровне — для стран т.н. северного энергетического пула (Швеция, Норвегия, Финляндия), причем по данным МЭА, рост себестоимости э/э при этом составит около EUR1/МВтч, т.е. около 0.01 грн/кВтч. В Казахстане, по расчетам ПРООН/ГЭФ, ввод ВЭС мощностью 2 тыс МВт требует дополнительного резерва 80 МВт, или 4% мощности ВЭС (общая мощность энергосистемы страны составляет 16 тыс МВт).

Еще одним фактором снижения потребности в резервных мощностях является улучшение точности прогноза ветра.

— Можно ли избавиться от потребности в резервных мощностях в нашей стране?

— В Украине такого достичь пока нереально. Наша энергосистема замкнута и у нас нет возможности куда-то сбрасывать "лишнюю" э/э. Помимо технических вопросов, у нас придется решать и вопросы экономического регулирования, ведь при увеличении выработки э/э на ВЭС увеличиваются простои ТЭС, а э/э ТЭС продается по меньшей цене, и им придется делиться деньгами. Эти вопросы до сих пор не решены и в Европе.

Это, кстати, одна из причин, по которым украинская ветроэнергетика пока не может быть интегрирована в общеевропейскую — э/э ВЭС оплачивается по "зеленому" тарифу, который намного превышает экспортную цену э/э.

Но у нас постепенно вводятся отдельные элементы smart grid на диспетчерских станциях, где автоматика учитывает пики и спады в разных местах, и определяет оптимальное распределение энергии.

— Какую долю может занять выработка ВИЭ в общей украинской генерации э/э в ближайшей перспективе?

— По расчетам нашего института, рекомендованная доля установленной мощности ВЭС в структуре электростанций в 2015 г. может составить 3000 МВт (8-9% от ожидаемой максимальной нагрузки), а в 2020 г. — 6000 МВт (14-15%).

За допустимую или условно-предельную мощность ВЭС (по критерию возможности регулирования) в энергосистеме целесообразно принять мощность, при которой при всех существующих режимах ОЭС регулировка блоков ТЭС будет находиться в пределах допустимого диапазона.

— А какую долю, теоретически, могут занять ВИЭ в мире?

— Технологии возобновляемой энергетики быстро развиваются. Кроме внедрения smart grid, способствовать росту ее значения будут совершенствование методов прогнозирования погоды и разработка технологий резервирования "лишней" э/э, вырабатываемой ВЭС. Это вопрос недалекого будущего. Кроме того, уже сейчас внедряются технологии ВЭС, все более соответствующие требованиям согласованной работы энергосистемы.

Современная история развития ветровой и солнечной энергетики свидетельствует, что производство комплектующих ВЭС и СЭС стремительно дешевеет. Мощность ветротурбин растет, а их удельная стоимость — падает. Двадцать лет назад мощность ветроустановок составляла 100 кВт, десять лет назад — 600 кВт, а сейчас у нас в стране строятся ветроустановки мощностью 3 МВт, а в других странах — до 5 МВт. Мощность оффшорных ветротурбин в перспективе достигнет 10 МВт.

В то же время, у ТЭС увеличивается износ оборудования. Поэтому э/э, произведенная ТЭС, дорожает, а энергия ВЭС дешевеет.

Скорее всего, в будущем ВЭС смогут частично заменить ТЭС в энергосистеме и будут использоваться для ее балансировки.

Если учитывать развитие технологий, то в обозримом будущем доля ВИЭ в общемировой выработке э/э может достичь 50%.

Зависимость потребности в резервных мощностях от точности прогноза ветра

Источник: Дублинский национальный университет, Ирландия