Энергетическая диверсификация
Политика создания энергетических хабов в шахтерских регионах Украины и Польши
Успех проекта по преобразованию немецкой шахты "Проспер-Ханиель" в гидроаккумулирующую электростанцию — это шанс новой жизни для шахтерских регионов. Особенно для Украины и Польши, где сохранилось большое количество глубоких шахт. Но без объединения усилий это недостижимо.
Академик НАН Украины Александр Амоша, к-т техн. наук Даниил Череватский, д-р экон. наук Казимеж Пайонк (Польша)
Одной из примет энергетики будущего являются хранилища электроэнергии. В принципе, они предназначены для сглаживания суточных неравномерностей в работе энергетических систем, обеспечения бесперебойного функционирования ветро- и фотоэлектрических станций. Но достаточно было сентябрьскому шторму 2016 г. оставить в Южной Австралии 1.7 млн человек без света, чтобы власти штата приняли решение о строительстве большого резервного хранилища электроэнергии. Не случайно слывущий энергетическим гуру американский экономист Дэниел Ергин — соучредитель и президент влиятельной консалтинговой компании Cambridge Energy Research Associates — считает энергетические хранилища Святым Граалем наших дней. По оценкам агентства GTM Research, рынок хранилищ энергии в США к 2020 г. вырастет до 2.6 ГВтч, т. е. в 12 раз по сравнению с 2016 г., а стоимость рынка увеличится до $3.2 млрд или в 10 раз.
До недавнего времени признанным и практически единственным способом накопления энергии были гидравлические станции (ГАЭС). Суммарная мощность эксплуатируемых в мире гидроаккумулирующих станций превышает 100 ГВт. Но в последние годы широкое распространение получили станции на основе литий-ионных аккумуляторов. В Южной Калифорнии в 2016 г. государственной энергетической компанией из Сан-Диего был открыт крупнейший в мире промышленный сетевой накопитель энергии мощностью 30 МВт емкостью 120 МВтч. До этого наибольшим воплощением электрических аккумулирующих станций считались проекты немецкого концерна Штеаг (Steag) мощностью 90 МВт. Но несмотря на то, что немецкие энергетики имеют свой успешный опыт создания аккумулирующих энергетических хранилищ большой мощности, конкуренция технологий набирает силу. Что касается ГАЭС, то стартовал проект превращения в энергетическое хранилище мощностью 200 МВт закрываемой каменноугольной шахты "Проспер-Ханиель", находящейся в федеральной земле Северный Рейн-Вестфалия. Для сравнения: мощность одного агрегата украинской Ташлыкской ГАЭС (на реке Южный Буг), строительство которой началось ещё в 1981 г. и не закончилось до сих пор, в турбинном режиме составляет 150 МВт, а общая планируемая мощность шести агрегатов — 906 МВт.
В мире пока нет более эффективного способа получения электричества, чем преобразование энергии падающей воды, но знаковость для немецкой экономики инновации на шахтных водах заключается в сохранении крупнейшего центра национальной угледобычи как ведущего участника энергорынка. Именно об этом говорила премьер-министр федеральной земли Северный Рейн-Вестфалия Ханнелоре Крафт, а также о том, насколько это важно для выполнения далеко идущих государственных планов развития "зеленой" энергетики. "Примеру "Проспер-Ханиель" могут последовать и другие шахты, ведь государство нуждается в большем количестве хранилищ энергии, поскольку стремится удвоить долю энергии из возобновляемых источников и достичь 30% к 2025 г.". Вот и получается, что старый лозунг немецких шахтеров: "Энергетическая безопасность невозможна без опоры на собственный уголь!", пусть не прямо, получает новое наполнение.
Расположение энергетических агрегатов под земной поверхностью не новость для существующих ГАЭС. По этой схеме работает почти половина действующих мощностей (около 50 млн кВт), рассредоточенных на трехстах подземных энергоблоках. Специфику немецкому гидроаккумулирующему проекту задает глубина сооружения, достигающая 1200 м. И то, чего не хватает тоже немецкому проекту StEnSea (Stored Energy in the Sea), т.е. глубины, здесь оказывается в избытке.
Проект глубоководного донного заложения энергетических хранилищ, поддерживаемый Федеральным министерством экономики и энергии Германии, тоже входит в завершающую фазу. Но его область распространения изначально ограничена отдельными участками шельфа Норвегии, Испании, США и Японии — оптимальный параметр глубины морского дна для обеспечения емкости накопителя составляет 700 м.
В отличие от морских хранилищ, шахтные комплексы хороши своей компактностью и нетребовательностью к состоянию природного ландшафта, простотой доступа для обслуживания, и этим комплексам технологически хорошо подходят инновации из арсенала StEnSea - те же модули со встроенными насосами и турбинами.
Шахты, как правило, привязаны к промышленным регионам с высокими запросами на энергетические ресурсы. Поэтому успех проекта на шахте "Проспер-Ханиель" может кардинально изменить ситуацию на рынке хранилищ электрической энергии. Открывается принципиально другая перспектива функционирования национальных, а то и транснациональных топливно-энергетических комплексов. Кластеры мощных энергонакопителей такого рода способны стать самостоятельным сегментом не только энергетики, но и экономики, не только на мезо-, но и на макроуровне, гарантами энергетической безопасности крупных городских агломераций и региональных хозяйственных систем.
Шахтные энергетические хранилища — это шанс для старопромышленных шахтерских регионов Украины и Польши, где сохранилось большое количество глубоких действующих шахт. Это тот случай, когда хромой верблюд становится первым — только поверни караван.
Пресловутая экономическая убыточность шахт, сделавшая депрессивными целые экономические районы в Европе, продолжает осложнять экономическую и политическую ситуацию не только в Украине, но и в Польше. "Похоже, это самая большая проблема для государственной политики страны", — заявил в 2014 г. о кризисе национальной угледобычи министр государственной казны Польши Влодзимеж Карпинский. дает предпосылки к исправлению экономического положения, ослаблению социальной и экономической напряженности. Решением может быть создание энергетических хабов не только национального, но и международного значения в районах концентрации шахт.
Мощные энергетические накопители нужны Украине, Польше и всей Европе. Европейская западная синхронная зона (UCTE) включает энергосистемы 23 стран континентальной Европы, входящих в Союз по координации передачи электроэнергии. Среди них все старые экономики ЕС, Польша и ряд новых стран-участников. С июля 2003 г. синхронно с UCTE работает Западная энергосистема Украины (так называемый "Остров Бурштынской ТЭС").
Стратегия развития энергетики Европы, с ее тесно увязанной сеткой экспортно-импортных перетоков, предполагает переход ныне периферийной в зоне UCTE Польши едва ли не в столицу общей энергозоны, а роль интегратора единой сети, ее транзитного коридора, отведена украинским высоковольтным линиям передач ЛЭП-750 и ЛЭП-400, которые сейчас бездействуют. К тому же Украине, чтобы успешно выполнять функции континентального транзитера электрической энергии, существенно не хватает энергонакопительных возможностей. После аварии на Саяно-Шушенской ГЭС (2009 г.) настороженность вызывает состояние даже действующих украинских ГАЭС.
Важность энергетических хранилищ для экономики Украины осознают и руководители государства. В мае 2017 г. на встрече с корейской и шведской делегациями, изъявившими готовность построить в Украине батарейные резервные хранилища электроэнергии, министр энергетики и угольной промышленности Игорь Насалик подчеркнул, что для отечественной энергетики, имеющей большую долю атомной генерации, энергохранилища способны сыграть ключевую роль в обеспечении поставок электроэнергии в европейские страны. А до того украинский премьер-министр Владимир Гройсман на заявление И. Маска по проекту в Австралии отреагировал фразой о том, что Украина очень хочет стать испытательным полигоном для инноваций в сфере энергохранилищ. Правда, намерения украинских власть предержащих не распространяются на ГАЭС в шахтерских регионах, хотя хранилища на базе шахт способны существенно удешевить и ускорить развитие отечественной системы гидроаккумулирующих станций, снизить их нагрузку на окружающую среду.
В оправдание позиции руководителей отрасли и государства следует признать, что по масштабности, дороговизне и сложности быстрое развитие системы шахтных хранилищ электроэнергии практически неподъемно ни для сегодняшней Украины, ни для Польши. Строительство традиционных гидравлических аккумулирующих электростанций обходится в $1500-4300 за кВт установленной мощности. Данных о стоимости проектов на базе шахт пока нет. Поэтому без объединения усилий на международном уровне — для начала хотя бы по разработке собственно проекта преобразования шахты в ГАЭС — такие устремления рискуют так и остаться прожектами.
Учитывая знания, полученные в этой области немецкими проектировщиками, желателен, как минимум, тройственный союз Польша-Германия-Украина, а ещё лучше — создание международного финансово-технологического консорциума, подобие "Аэробуса", призванного подготовить проект, подходящий для тиражирования во всех добывающих странах, использующих подземный способ разработки месторождений.
В шахтерском городке Майнвилль (США, штат Нью-Йорк) власти уже обратились за одобрением федеральных властей по поводу строительства ГАЭС на старой рудной шахте. Есть основания утверждать, что не сегодня-завтра такие электростанции окажутся востребованными и в Южной Африке, и в Китае, Индии и Канаде. "Сегодня каждый понимает, что важнейшей частью нашей энергетической инфраструктуры будет хранение, — прокомментировал ситуацию Деймс Беша, глава американской энергетической компании Albany Engineering Corp. — Можно считать, что это некий банк. Если у кого-то есть излишки солнечной энергии, они могут заплатить и оставить ее на хранение".
Д. Беша рассуждал, как классический банкир, но мельники, как известно, в старину никогда не покупали зерно, хотя муку на собственные нужды имели в достатке. Потому что пользовались толлингом — удерживали часть продукта за услуги. Те же схемы давальчества могут принести дополнительные энергетические ресурсы стране в виде части хранимой в местных хабах электрической энергии, изъятой у иностранных клиентов на основании договора о предоставлении услуг.
Сеть ГАЭС в местах концентрации шахт, не только угледобывающих, но и рудных, - это и есть энергетические хабы, необходимые для глубокого регулирования континентальных энергосистем, для обеспечения энергетической безопасности государств, их объединений и союзов. Новым электростанциям понадобится технико-технологическое оснащение, инжиниринг и прочие услуги. Добавьте сюда производство энергоагрегатов и комплектующих их элементов, материалов, приспособлений, регулирующих и управляющих устройств, подготовку персонала — проектирование и строительство ГАЭС реально может стать большим бизнесом.
Поэтому развитие энергетических хранилищ в шахтерских регионах — это не частность, а общеевропейская политическая целесообразность.
И пусть слова Ханнелоре Крафт о том, что примеру "Проспер-Ханиель" могут последовать и другие шахты, станут пророческими…
