Інноваційна електроенергетика - 21

Розглянуто зміни в технологічній базі енергетики, сценарії розвитку світової енергетики інноваційно-ний сценарій розвитку електроенергетікуУкаіни.

Ключові слова: електроенергетікаУкаіни; мі-ровая електроенергетика; тенденції розвитку: інноваційні-ні сценарії

Технології генерації електроенергії. Техно-логії генерації електроенергії можна поділу-лити на дві групи - технології, які досягли зрілості (для них очікується інерційний розвиток - модер-нізація з деяким поліпшенням економічних показників), і технології, що знаходять в стадії фор-мування (для них очікується швидкий прогрес тих ник-економічних показників впровадження інновації-ційних технологічних рішень).

До технологій, які досягли зрілості, відносяться технології газової, вітрової, біо- і гідроенергеті-ки, а також теплових реакторів в атомній енергетиці.

У газовій електроенергетиці 2030 р капиталь-ні витрати на будівництво парогазових установок з конденсаційним циклом знизяться в порівнянних цінах щодо сучасного рівня від 690 до 610 дол. До 2050 р - до 550 дол. За 1 кВт. ККД може зрости з 57% до 64%.

Розвиток наземних вітроенергетичних устано-вок досягло стадії зрілості. До 2030 р капітальні витрати на їх будівництво можуть бути знижені з со-тимчасового рівня 1500 до 1200 дол. До 2050 р - до 1000 дол. За 1 кВт. Технологічний прогрес свя-зан зі збільшенням діаметра лопатей, підвищенням ефективності перетворення енергії, системами управління. Потенціал зниження витрат для морських вітроенергетичних установок істотно вище. До 2030 р капітальні витрати на їх будівництво мо-гут бути знижені з сучасного рівня 2900 до 1800 дол. До 2050 р - до 1500 дол. За 1 кВт.

Розвиток технологій біоенергетики в перспекти-ве буде повільним. До 2050 р капітальні витрати на будівництво конденсаційних електростанцій на біомасі складуть близько 2400 дол. Виробництво

біогазу вимагає додаткових капіталовкладень, але дозволяє використовувати «незручні» види сировини і відпрацьовані технології газової енергетики.

Розвиток гідроенергетики досягло стадії зріло-сті. Все більшу роль в сучасній системі енер-госнабженія грають мікроГЕС потужністю менше 1 МВт. Приливні і геотермальні електростанції, мабуть, будуть відігравати суттєву роль лише в локальних енергосистемах.

У вугільній електроенергетиці очікується поза-дрен цілого комплексу нових технологій. До 2030 р ККД енергоблоків на кам'яному вугіллі може зрости з 45 до 53%. Перспективи технологічного роз-ку вугільної галузі пов'язані з декількома направ-лениями: 1) з енергоблоками з надкритичними і супернадкритичних параметрами пара, 2) з новими способами спалювання вугілля (в киплячому шарі, в вугільного пилу, з внутріцікловой газифікацією), 3) з технологіями газифікації вугілля, 4) з улавливанием і похованням вуглецю.

Перспективи гідроенергетики пов'язані з беспл-тіннимі станціями, в тому числі з приливними і на-плавними ГЕС, а також з використанням термальної і хімічної енергії океану. При цьому малі ГЕС будуть безпосередньо сполучатися з споживачами електроенергії, створюючи разом з ними загальну енер-гопроізводящую і енергоспоживаючого системи. Що стосується великих ПЕС, то вони теж можуть рабо тать нема на зовнішнього (як правило, віддаленого) потре-вачів, а на виробництво шляхом електролізу мор-ської води водню з подальшим його зрідження і транспортуванням до місць енергоспоживання.

Крім вже відомих способів електрогенера-ції, інноваційний підхід зажадає розробки та освоєння прямих способів отримання електроене-гии з навколишнього середовища на основі використання накопичуються зарядів іоносфери, енергії вра-щення землі та інших поки маловідомих технологій трансформації космопланетарного енергії.

Технологічні тенденції розвитку електро-енергетичних систем. Перехід до енергетичних систем нового покоління буде здійснюватися за трьома напрямками: 1) створення систем управління енергосистемою ( «розумна енергосистема»), 2) розвиток технологій далекого транспорту електроенергії, 3) розвиток технологій накопичення електроенергії в енергосистемі, 4) розвиток розподіленої генерації.

«Розумна мережа». «Розумна енергосистема» є узагальненням розвиваються в даний час тих-нологій «розумних мереж» (smart grids) і передбачає управління попитом на енергію. Для цього застосо- вуються диференційовані тарифи. У перспективі енергоспоживаюче обладнання буде оснащувати-ся електронними системами, що дозволяють в ре-жимі реального часу управляти рівнем енерго-споживання. Розвиток «розумних мереж» сприятливо як для відновлюваної енергетики, дозволяючи під-страівать рівень енергоспоживання під динаміку генерування електроенергії, так і для атомної енергетики, забезпечуючи більшу рівномірність на-вантаження, але знизить потребу в маневрених газових потужностях і гідроакумулюючих електростанціях. Поширення електромобілів призведе до вирів-Нівань режиму навантаження на електроенергетичну систему за рахунок зростання споживання в нічні години, що дозволить оптимізувати режим роботи Енергосила-стем. Впровадження технології «розумних мереж» зменшить втрати в українських електричних мережах, скоротить потребу в нових потужностях і капітальних вло-женіях. У США і Європейському союзі розвиток «розумних мереж» на державному рівні визнано ключі-вої завданням у створенні електроенергетики майбутнього, причому в розвиток відповідних систем інвести-ється 30-50 млрд дол. В рік.

Розподілена енергетика. Розвиток розбраті-поділеній генерації передбачає інтеграцію енер-гетики в техносферу. Вже сформувався тренд збіль-личен виробництва енергії як побічний продукт інших технологічних процесів. Розвиток ВДЕ в рамках технологій «активного будинку» і «активного зда-вання» дозволяє використовувати потенціал виробництва енергії безпосередньо в будівлях за рахунок сонячної енергетики, теплової енергії, відходів тощо Розвиток розподіленої генерації призведе до формування «віртуальних електростанцій» - груп розподілений-них генераторів електроенергії ', що знаходяться під єдиним управлінням. У перспективі буде происхо-дить трансформація споживачів енергії (примушує-них, сервісних і комунальних) в виробляєте-лей. Найбільший потенціал розвитку розподіленої генерації зосереджений в розвинених країнах у зв'язку з високим технологічним рівнем і постіндустріаль-ним типом економіки. Для цього необхідно вирішити як технологічні проблеми (перехід від асімме-тричного мереж до симетричним, де виробник і споживач можуть мінятися місцями), так і організа-ційних (порядок оплати енергії, порядок управління енергосистемами). Такий процес призведе до чистячі-ної трансформації енергетичного ринку з ринку товарів в ринок спочатку послуг, а потім і технологій.

Акумулювання енергії. Технології нагромадження-ня електроенергії в енергосистемі необхідні для підвищення ефективності використання потужно-стей і підвищення надійності енергопостачання. На рівні індивідуального споживача рішенням можуть бути ефективні акумулятори великої потужності. Однак створення таких акумуляторів стикається з істотно більшими труднощами, ніж створення акумуляторів для електромобілів, тому на рів-ні енергосистеми такі рішення до 2030 р не з'явилося-ся (в разі технологічного прориву в створенні надпровідників можливо їх поява до 2050 р). Технології накопичення енергії будуть служити не для валового накопичення енергії, а для стабілізації режиму роботи енергосистеми. Непрямі методи накопичення електроенергії на рівні енергосистеми можуть бути реалізовані шляхом створення ГАЕС.

У сукупності зазначені вище тренди зводяться до створення інтелектуальних Єдиних енергетичних систем нового покоління (ЄЕС 2.0) з интеллектуаль-ним управлінням від виробництва до кінцевого по-споживання.

Стагнаційний сценарій включає в себе в тому числі і екологоорієнтованого сценарій раз-витку світової електроенергетики. Виробництво електроенергії на газових електростанціях 2030 р виросте в 1,65 рази і складе 29,0% загального вироб-ництва електроенергії, виробництво електроенергії ВДЕ зросте в 13,1 рази до 26,0% (без гідрое-нергетікі). При цьому виробництво електроенергії на атомних електростанціях впаде на 18%, на вугільних електростанціях - на 11% до 20,5%, на мазутних електростанціях - на 51% до 2,7%. У стагнаційному сце-наріі будуть реалізовані основні елементи «розумних мереж». Поширяться технології регулювання профілю навантаження на електроенергетичні систе-ми. Для інтеграції нестабільних джерел енергії (ВДЕ, розподілена генерація) в енергосистеми будуть використовуватися непрямі методи нагромадження-ня електроенергії на рівні енергосистеми шляхом створення гідроакумулюючих електростанцій, ма-хових і інших накопичувачів. Після 2030 р можливо також використання технологічної схеми з напів-ням водню як накопичувача енергії за рахунок електрон-гії ВДЕ і ПЕС з його подальшим спалюванням.

Інноваційний сценарій розвитку світової електроенергетики. Вирішальну роль в динаміці електроенергетики зіграють атомна і поновлюваних-травня енергетика. Виробництво електроенергії ВДЕ 2030 р виросте в 16 разів до 26,7% всієї вироблення, а до 2050 р - до 48%. Атомна генерація зросте 2030 року в 4 рази, а її частка досягне 20%. Виникнуть интеллек-туальной Єдині енергетичні системи нового по-колінах. Технології «розумних мереж» будуть реалізовані в повному обсязі. Рівень втрат при транспортуванні електроенергії знижується в порівнянні з современ-ним рівнем за рахунок розвитку технологій постійного струму і використання надпровідників. Радикальне розширення можливостей передачі електроенергії призведе 2030 р до формування Єдиних енергетичних систем Європи, Східної Азії, Північної Америки, Укаїни і суміжних країн, а також зв'язків між ними. У перспективі до 2050 р зазначений трен призведе до формування основ Єдиної електроенегетіческой системи Євразії. Розширяться можливості для використання електроенергії всіх вигляді електростанцій, які з екологічних (АЕС великі вугільні ТЕС) причин бажано розміщувати в малонаселених районах, або які спираються на ресурси, зосереджені в малонаселених районах (багато ГЕС і вугільні ТЕС, частина ВДЕ - вітрові та сонячні електростанції) . Розвиток міжнародної торгівлі електроенергією вимагає рішення не тільки технічних, але і організаційних (порядок диспетчеризації), економічних (створення міжнародних ринків) і політичних проблем. Рівень взаємної довіри держав, пов'язаних постачання електроенергії, повинен бути досить високим.

Сценарії розвитку електроенергетікіУкаіни

Сценарії розвитку електроенергетики Россі спираються, з одного боку, на розглянуті вище світові тенденції розвитку галузі, а з іншого боку - на сценарії економічного развітіяУкаіни з урахуванням також внутрішніх тенденцій і чинників роз витку галузі.

У частині теплових електростанцій на газових палив-ве будуть домінувати парогазові блокові установ-ки одиничної потужності від 70 до 750-800 МВт з ККД відповідно від 52-53 до 55-60%, обладнані системами резервування паливопостачання. Широ-де застосування для цілей регулювання знайдуть ГТУ і поєднання ГТУ з котлом-утилізатором для виробниц-ства електроенергії і тепла. Генеруючі потужності на вугіллі будуть являти собою установки на понад-критичні та суперкритичним параметри пара з ККД від 46 до 55% (в разі якісного висококало-рійное вугілля), установки з котлами з циркулюючим киплячим шаром, котлами з «низькотемпературним вих-рем», а також будуть освоюватися установки з газіфіка-цією вугілля і енерготехнологічні установки. Загальний середній ККД виробництва електроенергії на вугіллі з-ставить 41%. Ці інноваційні трансформації при-ведуть до зниження питомої витрати палива на відпуск електроенергії з 330 г у.п. на 1 кВт-год в даний час до 270 - у 2030 року і до 250 - у 2050 року відповідно.

В атомній енергетиці 2030 року в європейській ча-стіУкаіни будуть переважати серійні блоки АЕС з водо-водяними реакторами (ВВЕР) потужністю 1000- 1500 МВт з ККД до 36% і КВВП до 90% на уранове і уран-плутонієвому паливі в замкнутому ядерному паливному циклі. Після 2030 року всі велику частку в структурі АЕС будуть займати реактори на швидких нейтронах. На периферії ЕЕСУкаіни і в ізольований-них енерговузла знайдуть застосування енергоблоки АЕС і АТЕЦ з реакторами ВВЕР (ВБЕР) середньої потужності (до 600 МВт) підвищеної безпеки. У прибережних районах Крайньої Півночі і Далекого Сходу для енер-госнабженія ізольованих споживачів отримають поширення плавучі енергоблоки з атомними теплоелектростанціями малої потужності до 70 МВт.

Виробництво електроенергії ВДЕ буде пов'язано з географією економічно ефективного потенциа-ла відповідних первинних енергоресурсів, в тому числі: сонячної та біоенергії переважно в південних районах країни; вітрової - в зонах стабільних вітрів зі швидкістю понад 8-10 м / сек. в тому числі на Далекому Сході, на Півночі країни, в районі Ново-російський і ін .; геотермальної - в районах Далекого Сходу, в Прікавказской зоні, Південно-Західному Сибіру та ін .; приливної - в районах з великими діапазонами приливних рівнів морів (Далекий Схід, Крайня Північ); низькопотенційне тепло -повсеместно.

У європейській частині країни при розвитку базових потужностей АЕС мають пріоритет порівняно з ТЕС, що працюють на привізній органічному паливі. Необхідно серійне будівництво АЕС з реактора-ми на швидких нейтронах і комплексів по вторинній переробці ядерного пального, а також розвиток ра-бот з розвідки запасів і видобутку природного урану. Розвиток ТЕС на органічному паливі в цих регіонах має здійснюватися на газі на додаток до АЕС в базовому режимі і в напівпіковому режимі зі будівельник-ством парогазових енергоблоків як на нових ТЕС, так і замість паросилових установок. Для задоволення потреби в пікових потужностях передбачається поряд з використанням ГЕС і ГАЕС будівництво газотурбінних генеруючих агрегатів.

На Уралі і в Сибіру перспектива розвитку ТЕС орієнтована на вугілля Кузбасу, КАТЕКа і забав-калья. ТЕС Далекосхідного федерального округу також будуть використовувати вугільне паливо за ис-винятком окремих міських ТЕС, для топлівос-набженія яких передбачається застосувати сахалінський і Жовті Води газ. У Сибірському і в Далекосхідного східному регіонах, багатих на гідроресурси, триватиме розвиток гідроенергетики в основному в якості напівпікових і пікового джерела енер-гии. Конкурентоспроможність АЕС в Сибіру і на Даль-ньому Сході в умовах наявності тут великих за-пасів дешевих вугілля і перспектив розробки нових родовищ газу малоймовірна.

У таких протяжних і міжконтинентальних ВЛ СВН будуть широко використовуватися керовані пристрої (керовані шунтуючі реактори, тиристорні статичні компенсатори, поздовжня ємнісна компенсація, об'єднані регулятори перетікання потужності, фазоповоротние пристрої, СТАТКОМи, пристрої асинхронного зв'язку - передачі і вставки постійного струму, електромеханічні Перетворюва-ки, накопичувачі електричної енергії) та нові ви-сокоеффектівние системи управління електрично-ми мережами. Використовуватимуться надпровідникові пристрої, в першу чергу, кабелі, накопичувачі, токоограничивающие пристрою. Буде створено спільний електроенергетичний ринок країн СНД і загальне ри-нічний електроенергетична простір з ЄС та іншими країнами на Євразійському континенті.

2. Дорожня карта розвитку електроенергетікіУкаіни на період до 2030 г.Отчет підгрупи під керівництвом ака-Демік Е.П. Волкова робочої групи з розробки ЕС-2030

6. Прогнозні і звітні дані МінекономразвітіяУкаіни, МіненергоУкаіни, Росстату, електроенергетіче-ських компаній.