Если базовая традиционная электрогенерация нуждается в сглаживании только "пилы потребления", обусловленной неравномерностью потребления электричества, то у энергетики, основанной на ВИЭ, эта проблема удваивается. Электроэнергия, которую производят ветряные и солнечные электростанции, не диспетчеризуется — в объединенные энергетические системы они дают энергию в зависимости не от потребления, а от погодных условий.
Прерывистая альтернативная генерация и традиционные электростанции
Если в солнечную погоду дует ровный ветер — энергии поступает максимальное количество, порой даже больше, чем нужно потребителям. В таких случаях диспетчеры объединенных энергетических систем вынуждены отключать или переводить на пониженную мощность какие-то из традиционных генерирующих мощностей.
Напомню: в силу того, что электрический ток движется по металлическим проводам со скоростью света, в объединенной энергетической системе может быть ровно столько электроэнергии, сколько ее в данный момент способны принять потребители. Это — прямое следствие фундаментальных физических законов, бороться с этим невозможно.
А вот то, что объединенные энергосистемы вынуждены принимать энергию, выработанную солнечными и ветряными электростанциями "без очереди", — следствие законов европейских стран, всеми способами пытающихся развивать ВИЭ-энергетику.
Переход на пониженную мощность или отключение традиционной тепловой электростанции никогда не приносит радости ни энергетикам, ни экономистам. Если в такой режим приходится переводить базовую электростанцию, это автоматически приводит к понижению КПД, к повышенным нагрузкам на турбины, к большему расходу топлива — всем плохо, и только солнечные и ветряные электростанции "довольны жизнью".
Но погода непредсказуема, в любой момент такой вот пиковый объем альтернативной генерации может смениться на провал — набежали тучи, а ветер стих. Для компенсации провала диспетчерам объединенных энергосистем снова приходится чертыхаться, заставляя теперь уже увеличивать мощность тех самых электростанций, которые они несколько минут назад "тормозили". Снова дополнительные внеплановые нагрузки на механизмы традиционных электростанций, снова перерасход топлива и, следовательно, денег.
Самый печальный вариант — несколько подряд мощных пиков и провалов. Это может привести к полной разбалансировке объединенной энергосистемы, к веерным отключениям потребителей и прочим безобразиям.
При этом чем больше в объединенной энергосистеме альтернативной электрогенерации — тем вероятнее шанс сорваться в крутое пике. Энергетики считают пороговым значением тридцатипроцентную долю альтернативной генерации. Если она становится больше, то возможностей объединенной энергосистемы для восстановления баланса после каждого пике-провала альтернативной генерации не хватает.
ГАЭС как регулятор
Один из способов борьбы с разбалансировкой — накопители энергии, к которым предъявляется несколько требований: большая емкость, возможность быстро принимать лишние для энергосистемы объемы электричества (пик альтернативной генерации), возможность быстро и в определяемых диспетчерами объемах вернуть в энергосистему недостающую электроэнергию (провал альтернативной генерации), долгосрочность работы.
Всем этим требованиям одновременно отвечают только ГАЭС — гидроаккумулирующие электростанции. Чтобы от теоретического описания перейти к рассмотрению практической работы, предлагаю в качестве примера внимательно посмотреть на Круонисскую ГАЭС.
ГАЭС всегда в любой стране — насосно-аккумулирующая ГЭС, то есть ГЭС, гидроагрегаты которой способны работать еще и в режиме насоса. Круонисскую ГАЭС строили специально под потребности Игналинской АЭС — чтобы реакторы могли не менять режим работы, всегда работать в наиболее оптимальном, с самым высоким КПД.
Чтобы в ночное время, когда потребление в объединенной энергосистеме становится минимальным, операторам АЭС не приходилось понижать мощность реакторов, гидроагрегаты Круонисской ГАЭС переходили в режим насосов, принимали на себя лишнюю для системы электроэнергию. Воду насосы забирали из нижнего бассейна, которым для Круонисской ГАЭС является водохранилище Каунасской ГЭС ("Каунасское море") площадью 65 квадратных километров, с которым ГАЭС соединена реверсивным каналом шириной 189 и глубиной десять метров.
Насосы поднимают воду на 138 метров и выливают в верхний бассейн ГАЭС, полный объем которого составляет 48 миллионов кубометров, а рабочий — 41 миллион кубометров. Заполнение верхнего бассейна на полный объем при четырех работающих насосах происходит за 14 часов.
Возможность сливать воду из верхнего бассейна через гидроагрегаты, которые переходили в режим генераторов, использовалась в утреннее время, когда наступал пик потребления. Операторы Игналинской АЭС и в эти часы ни о чем не беспокоились — 41 миллион кубометр воды гарантировал получение такого объема электроэнергии, который позволял справиться с любым ростом потребления.
КПД Круонисской ГАЭС составляет 75 процентов — если на закачивание воды в верхний бассейн тратится условные 100 мегаватт электроэнергии, то при сливе удается получить только 75 мегаватт. Не очень выгодно? Это только на первый взгляд.
Атомные реакторы, не меняющие уровень мощности, — мечта любого атомщика, в таком режиме их КПД и срок службы становятся максимальными, этот выигрыш с лихвой компенсирует невысокий КПД ГАЭС. С точки зрения экономики процесса все тоже в полном порядке — насосы ГАЭС потребляют электроэнергию по ночному тарифу, а генераторы поставляют электроэнергию в момент пикового спроса, когда тариф максимален.
Круонисская ГАЭС вчера, сегодня, завтра
Круонисская ГАЭС стала второй по счету в СССР. После того, как литовские энергетики "доложили наверх" о наличии замечательных особенностей рельефа и течения Немана, в 1962 году появилась идея о сооружении ГАЭС. Решение о ее строительстве было принято в 1967 году, началом строительства стал 1978 год, закончили ее строить в 1984-м. А вот первый агрегат был пущен только в 1992 году — то есть уже в то время, когда Литва стала независимым государством.
Еще одно счастливое стечение обстоятельств — разработка проекта и строительство капитальной части Круонисской ГАЭС были осуществлены за счет государственного бюджета СССР, а работать ГАЭС стала уже на пользу энергетики и экономики Литовской Республики.
Двойная удача — за чужой счет войти в престижный "атомный клуб" при помощи Игналинской АЭС и иметь редчайшую возможность обеспечить ее реакторам оптимальный режим работы за счет регулирующих возможностей Круонисской ГАЭС.
Этот "дуумвират" был надежной энергетической базой для всей промышленности, сельского хозяйства и транспортной системы — и не только уже существовавших на тот момент. Система "Игналина — Круонис" обладала огромным потенциалом для дальнейшего развития экономики Литвы. Однако события пошли совершенно иначе — так, как того захотели граждане Литвы, избравшие себе такое руководство, которое приняло решение о закрытии АЭС.
Разумеется, я не имею никакого права осуждать кого бы то ни было за принятые решения, но удивляться я точно могу, что и делаю. Иметь такой удивительный "механизм" и добровольно его разрушить — это вне моего понимания, но это всего лишь мое личное мнение.
Проект Круонисской ГАЭС предусматривал работу восьми гидроагрегатов/насосов, насосная мощность должна была составить 1736 мегаватт, турбинная 1800 мегаватт, то есть регулировочный диапазон ГАЭС должен был составить 3566 мегаватт. Этого хватило бы не только на регулировку в интересах Игналинской АЭС — потенциально Круонисская ГАЭС была способна регулировать пики потребления энергосистемы всех трех прибалтийских республик и выполнять те же функции для всей Белоруссии и для прилегающих регионов России.
Не приходится удивляться, что на полную мощность литовская ГАЭС так и не вышла — после 1991 года во всех перечисленных регионах резко упали объемы промышленности и сельского хозяйства, слабее стали пики потребления. В настоящее время установлены на штатные места четыре гидроагрегата, но и этого для потребностей Литвы не просто много, а очень много.
Регулировочный потенциал Круонисской ГАЭС в масштабах Литвы просто колоссален — к примеру, чтобы "удовлетворить потребности" Игналинской АЭС, хватало восьмичасовой работы двух из четырех гидроагрегатов в сутки. Напомню, что в составе Игналинской АЭС работало два энергоблока общей мощностью 3000 мегаватт, а сейчас в Белоруссии строятся два энергоблока на 2400 мегаватт. Скажем мягко — решить насущные проблемы БелАЭС Круонисская ГАЭС способна "не напрягаясь".
Единственное место в мире, где АЭС и ГАЭС работают в едином комплексе, — граница Франции и Швейцарии, французские АЭС и швейцарские ГАЭС. Швейцария активно закупает у соседей электроэнергию по ночным ценам и с удовольствием продает электроэнергию в часы пик с разницей в 37 процентов в свою пользу.
При этом потенциала литовской ГАЭС даже в ее нынешнем состоянии, при наличии только четырех гидроагрегатов, хватит и на регулирование "пилы производства" весьма значительного количества солнечных и ветряных электростанций. Своих собственных, литовских или европейских — без разницы, ведь скорость тока в линиях электропередачи равна скорости света. Даже старые советские гидроагрегаты способы переключаться из насосного режима в турбинный всего за 180 секунд, у современного оборудования скорость переключения значительно выше. Какие возможности это дает Литве — поразмышляем.
Мнение автора может не совпадать с позицией редакции.
