ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
В. В. БУШУЕВ, Н. К. КУРИЧЕВ, А. А. ТРОИЦКИЙ
Развитие электроэнергетических систем тесно связано с развитием технологий генерации. Переход к энергетическим системам нового поколения будет осуществляться по четырём направлениям: 1) создание систем управления энергосистемой ("умная" энергосистема); 2) развитие технологий дальнего транспорта электроэнергии; з) развитие технологий накопления электроэнергии в энергосистеме; 4) развитие распределённой генерации.
"Умная" сеть (Smart Grid)
"Умная" энергосистема является обобщением развиваемых в настоящее время технологий "умных" сетей. Они необходимы для развития распределённой генерации, а также массового использования ВИЭ в энергосистеме (для решения проблемы нестабильности выработки).
Главным следствием развития умных сетей для электроэнергетики станет переход от концепции базовой нагрузки к концепции подстраивания нагрузки к потребляемой мощности. Как результат к 2030 г. обострится конфликт между ядерно-угольной генерацией с медленным изменением мощности и генерацией на основе ВИЭ с гибким изменением мощности (в ветровой энергетике). В случае совпадения минимума нагрузки и максимума генерации ВИЭ потребуется отключение от сети либо ВИЭ, либо ядерных или угольных энергоблоков, причём последнее проблематично по техническим причинам. В перспективе будут разработаны регламенты, оптимизирующие работу энергосистем в подобных ситуациях.
По оценкам Федеральной сетевой компании (ФСК), внедрение технологии "интеллектуальных" сетей уменьшит потери в российских электрических сетях всех классов напряжения на 25%, что позволит достигнуть экономии в 34-35 млрд кВ-ч/год. По оценкам, развитие сети на основе новой технологии может сократить потребность в новых мощностях на 22 ГВт. Объём капитальных вложений в развитие распределительных и магистральных сетей в результате увеличения пропускной способности можно будет снизить почти на 35 млрд долл.
Потребуются масштабные исследования устойчивости сетей с учётом последствий кооперативного поведения производителей и потребителей, что будет стимулировать рост 1Т- и энергосервисных компаний.
"Умные" сети предполагают также управление спросом на энергию. Для этого применяются прежде всего дифференцированные тарифы. В развитых странах уже сейчас действует до 100 различных тарифов для разного времени суток, дней недели, месяцев года, 4 активной и реактивной потребляемой § мощности и т.п. В перспективе энер- £ гопотребляющее оборудование будет | оснащаться электронными системами, § позволяющими в режиме реального га-времени управлять уровнем энергопо- ! требления. Кроме того, для управления ® спросом могут использоваться соци- || альные нормативы на электроэнергию. § В совокупности указанные решения по- « зволят значительно снизить пиковую | нагрузку, особенно в крупных городах, | за счёт снижения энергопотребления = неприоритетных видов оборудования в периоды пиковой нагрузки.
© В. В. Бушуев, Н. К. Куричев, А. А. Троицкий
25
Развитие "умных" энергосистем зависит от сценария развития мировой энергетики. В инерционном сценарии будут реализованы только элементы "умных" сетей, в стагнационном - основные элементы технологии "умных" сетей, а в инновационном будут созданы "умные" энергосистемы, обладающие качественно новыми свойствами в виде резкого повышения надёжности, управляемости и качества энергоснабжения.
Развитие "умных" сетей благоприятно как для возобновляемой энергетики (позволяет подстраивать уровень энергопотребления под динамику генерирования электроэнергии), так и для атомной энергетики (обеспечивает большую равномерность нагрузки). Необходимо отметить, что минимальная нагрузка в энергосистеме достигает 60-80% от пиковой в зависимости от соотношения коммунального и промышленного энергопотребления. К 2030 г. разрыв между максимальным и минимальным уровнем может быть снижен до 10%, что создаст благоприятные условия для развития атомной генерации. Для АЭС изменение нагрузки крайне нежелательно по техническим (снижение мощности ниже определённого уровня приводит к остановке реактора) и экономическим(высо-кие капитальные вложения при низких операционных издержках) причинам. Развитие умных сетей снизит потребность в манёвренных газовых мощностях и гидроаккумулирующих электростанциях.
Распространение электромобилей приведёт к выравниванию режима нагрузки на электроэнергетическую систе-^ му (за счёт роста потребления в ночные § часы). По оценкам, в США перевод 50% £ национального автопарка на потребле-| ние электроэнергии может быть осуще-§ ствлен без строительства новых генери-£ рующих мощностей - исключительно за | счёт повышения КИУМ уже существую® щих мощностей. Дополнительно вырав-1 ниванию нагрузки будет способствовать § переход на круглосуточный режим ак-£ тивности и, соответственно, энергопо-I требления в крупных городах по мере * эволюции образа жизни. Как следствие, = характерные суточные профили нагрузки станут существенно более равномерными, что позволит оптимизировать ре-
жим работы энергосистем. Аналогичный тренд будет наблюдаться и в годовом ходе, поскольку по мере прогресса в снижении энергопотребления для производства тепла и распространения систем кондиционирования зимний максимум нагрузки будет сглаживаться. Этот фактор особенно значим для ТЭЦ с комбинированным производством электроэнергии и тепла.
Повышение равномерности нагрузки будет способствовать росту коэффициента использования установленной мощности и позволит снизить потребность во вводе генерирующих мощностей. Особенно значительным выравнивание профиля нагрузки явится в инновационном сценарии.
Распределённая энергетика
Спрос на устойчивый доступ к энергоинформационным системам, переход к более технологичным видам энергии усилят спрос на развитие распределённой энергетики. Она позволяет повысить надёжность и независимость энергоснабжения, гарантировать управление энергообеспечением для отдельного потребителя. Технологический прогресс даёт возможность экономически оправданного развития распределённой генерации в условиях постиндустриальной фазы развития.
Развитие распределённой генерации предполагает интеграцию энергетики в техносферу, которая может происходить по двум направлениям.
Во-первых, в настоящее время энергия производится преимущественно на крупных специализированных предприятиях (особенно электроэнергия), но уже сформировался тренд увеличения производства энергии как побочного продукта других технологических процессов на неспециализированных предприятиях, что в условиях высоких цен на энергоносители становится рентабельным.
Во-вторых, развитие ВИЭ в рамках технологий "активного дома" и "активного здания" позволяет использовать потенциал производства энергии непосредственно в зданиях за счёт солнечной энергетики, тепловой энергии, отходов и т.п.
Как следствие, в перспективе будет происходить трансформация потребителей энергии (промышленных, сервисных и коммунальных) в производителей, которые частично обеспечивают собственные потребности, а частично поставляют энергию другим потребителям.
В настоящее время этот процесс находится в начальной стадии, но к 2050 г. он будет быстро прогрессировать. При этом в развивающихся странах в некоторых случаях может сразу формироваться децентрализованная энергетика, минуя стадию современной - централизованной.
Развитие распределённой генерации приведёт к формированию "виртуальных электростанций" (Virtual power plant) -групп распределённых генераторов и аккумуляторов электроэнергии, находящихся под единым управлением. Для диспетчера энергосистемы "виртуальная электростанция" выглядит как один объект.
В инерционном сценарии развитие распределённой генерации и производства энергии неспециализированными компаниями (до 5% мощности) не будет иметь системных последствий, которые потребуют адаптации энергосистем к новым условиям работы с их участием.
В стагнационном сценарии рост распределённой генерации до 30%, главным образом за счёт коммунального сектора, приведёт к некоторому снижению потребления от централизованных источников.
В инновационном сценарии к 2050 г. может сложиться "всеобщее производство энергии", доля распределённых мощностей достигнет 70%. Для этого необходимо решить как технологические проблемы (переход от асимметричных сетей к симметричным, где производитель и потребитель могут меняться местами), так и организационные (порядок оплаты энергии, порядок управления энергосистемами). Такой процесс приведёт к частичной трансформации энергетического рынка из рынка товаров в рынок сначала услуг, а затем и технологий. Энергетические компании будут выступать как поставщики комплексных технических решений для энергоснабжения, в то время как собственно про-
изводство энергии частично перейдет к конечным потребителям.
В стагнационном сценарии существенно возрастёт доля распределённой генерации в рамках концепции энергоэффективного дома и энергоэффективного города, а также вследствие ускоренного перехода от индустриального к постиндустриальному развитию.
Наибольший потенциал развития распределённой генерации сосредоточен в развитых странах в связи с высоким технологическим уровнем и постиндустриальным типом экономики. В развивающихся странах развитие распределённой генерации до 2030 г. будет сдерживаться стремительной урбанизацией, преимущественно за счёт крупных городов. Но по мере снижения её темпов после 2030 г. такие источники тоже станут быстро распространяться, поскольку в развивающихся странах во многих районах электрификация с опорой на распределённую или внесетевую генерацию эффективнее опоры на централизованные источники энергии. Несмотря на сравнительно небольшой объём потребления энергии распределённых источников, по числу потребителей они займут значимое место.
Аккумулирование энергии
Технологии накопления электроэнергии в энергосистеме необходимы для повышения эффективности использования мощностей и повышения надёжности энергоснабжения. Особенно важны эти технологии для развития возобновляемой электроэнергетики в с
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.