Известнейший эксперт в сфере энергетики, один из лучших популяризаторов проблем энергетики, главный редактор издания «Геоэнергетика», председатель популярного канала «Аврора» и канала об энергетике и промышленности «Точка сборки» Борис Марцинкевич специально для нашего сайта рассказал о том, что сулит Узбекистану «зеленая» энергетика, включая АЭС, и почему так важно ее правильно интегрировать в энергосистему страны и даже целого региона.
Экологичность солнечных и ветряных электростанций при производстве панелей, оборудования гондолы – вопрос далеко не простой, но Узбекистана он пока что мало касается. Замечу только, что получение редкоземельных металлов и кобальта – это всегда огромная нагрузка на внешнюю среду. Но главное, о чем я бы посоветовал не забывать: в мире пока не созданы технологии переработки солнечных панелей и лопастей ветротурбин, а средний срок эксплуатации того и другого – в пределах 25 лет. Отложенная проблема, от необходимости решения которой никуда не деться.
С момента освоения технологий производства электроэнергии точно известна основная проблема – неравномерность ее потребления как в экономике, так и в жилом фонде. Обусловлено это тем, что нам с вами пока не получается обходиться без сна. А если без юмора, то основная причина – фундаментальный закон физики, гласящий, что скорость распространения электромагнитных волн в металлических проводниках составляет 300 тысяч км в секунду. Следовательно, от момента генерации электрической энергии до ее потребления проходят сотые и даже тысячные доли секунды. И режим работы электростанций любого типа вынужден учитывать этот факт: как только меняется объем спроса, оператор объединенной энергосистемы вынужден менять режим нагрузки генерирующих мощностей. За последние 150 лет диспетчеры научились с этим справляться, поскольку в графике потребления есть два четко выраженных момента пикового спроса (утро и вечер) и два периода стабильного потребления – дневной и ночной, при этом уровень спроса в ночное время значительно ниже. Теперь вспоминаем, что график работы солнечных электростанций (СЭС) и ветряных электростанций (ВЭС) зависят от погодных условий, управлять которыми человечество не способно. Хорошая инсоляция сменяется пасмурной погодой, хороший ветер внезапно усиливается до ураганного или сменяется полным штилем – этот режим не управляем, потому для профессиональных электроэнергетиков генерация электроэнергии на СЭС и ВЭС – альтернативная прерывистая генерация, причем прерывистость генерации обусловлена процессами в земной атмосфере, то есть принципиально не устраняема.
При наличии СЭС и ВЭС для балансирования работы объединенной энергосистемы диспетчер обязан учитывать не только переменный спрос на электроэнергию, но и вероятностный характер ее генерации. Тучи и штиль зимнего времени в Европе уже получили наименование «черный штиль», поскольку в это время генерация электроэнергии на СЭС и ВЭС стремится к нулю, и эти потери объемов генерации приходится каким-то образом компенсировать, причем компенсировать в течение нескольких минут. В противном случае – разбалансировка работы объединенной энергосистемы, в худших случаях – веерные отключения вплоть до полного блэкаута.
Классический пример – конец июня начало июля этого года на юге России. Установленная мощность ВЭС в составе объединенной энергосистемы (ОЭС) Юга России – 12%, в течение двух недель при повышении температуры до 40-42 по Цельсию скорость ветра составляла не более 2 м/с, то есть практически полный штиль. ОЭС потеряла 12% своей мощности, что на фоне аварийных проблем на традиционных электростанциях и привело к тому, что более 2 млн человек оставались без энергоснабжения. Математические модели, независимо разработанные еще в 2017 году WNA (World Nuclear Association) и в 2021 году Системным Оператором России показали один и тот же предельный результат: при доле ВИЭ-генерации в общем энергобалансе установленной мощности, превышающем 12,5%, необходимы специальные меры, гарантирующие стабильность энергосистемы. При этом необходим помнить, что в эти 12,5% входят не только СЭС и ВЭС, но и классические ГЭС с их полугодовым циклом «накопление воды – генерация электроэнергии». Фиксируем: доля генерации за счет ВИЭ 12,5% в общей установленной мощности ОЭС – пороговое значение, превышение которого требует специальных мер.
Возможные специальные меры реальны только в трех вариантах. Первый – строительство резервных мощностей традиционной генерации, которые могут быть востребованы в моменты неблагоприятных погодных условий, резко снижающих объемы генерации на СЭС и ВЭС. При этом время, необходимое для выхода из «холодного» состояния на 100% мощности: угольные электростанции – до 12 часов, парогазовые электростанции – до 4 часов, газотурбинные электростанции – десятки минут.
Но правительство Узбекистана в мае этого года сделало, на мой взгляд, блестящий ход, подписав с Росатомом контракт на строительство АЭС малой мощности на базе реакторов РИТМ-200Н (РИТМ-200 «Наземный»). Этот реактор разрабатывался в качестве двигательной установки для атомных ледоколов, режим работы которых рассчитан на сложную погодную обстановку Северного Ледовитого океана. РИТМ-200 – единственный на сегодня ядерный реактор, который выдерживает снижение мощности до 30% без рисков уровня безопасности, при этом на такое маневрирование требуются считанные секунды.
В Джизакской области на одной площадке планируется строительство сразу шести энергоблоков на базе РИТМ-200Н – следовательно, Узбекистан получит высокоманевренную электростанцию, не требующую строительства дополнительной инфраструктуры (газовых трубопроводов). Возможные режимы работы – от 100 до 330 МВт, что позволяет интегрировать в объединенную энергосистему Джизакской области дополнительные мощности СЭС или ВЭС, не инвестируя никаких дополнительных средств. И это еще одна уникальная характеристика первого в истории мировой атомной энергетики проекта строительства АСММ (атомной станции малой мощности).
Второй вариант, который можно использовать для дополнительной стабилизации ОЭС – строительство систем накопителей энергетики. Наиболее часто упоминаемый – литий-ионные или иные аккумуляторы, использующие химические свойства используемых материалов. Недостатки: высокая стоимость, невысокий объем накопления, краткий (порядка 10 лет) срок эксплуатации. Но и в этом случае, насколько можно видеть в открытых источниках информации, Узбекистан выбирает более прагматичный вариант. Я имею в виду исследования, проведенные по заказу Ташкента российской государственной компанией «РусГидро» о возможных площадках для строительства ГАЭС, гидроаккумулирующих электростанций.
ГАЭС – это та же ГЭС, но имеющая возможность использовать и верхний, и нижний бассейн: при дефиците генерации электроэнергии вода сбрасывается из верхнего бассейна в нижний через гидроагрегаты, а при излишках генерации (нет туч и хороший ветер, СЭС и ВЭС могут работать на 100% мощности, но нет такого объема спроса) она используется для подъема воды из нижнего бассейна в верхний. ГАЭС позволяет накапливать сотни МВт, срок эксплуатации – не менее сотни лет (возможно, что и дольше, но на планете просто нет ГАЭС, которые были бы построены настолько давно).
По опубликованным «РусГидро» данным, на территории Узбекистана имеется возможность построить 19 ГАЭС, данных по их общей мощности не публиковалось, но очевидно, что речь идет о гигаваттах. Регулирующая мощность ГАЭС в два раза выше их установленной мощности. Как пример: мощность ГАЭС в 100 МВт – это 100 МВт в режиме генерации и 100 МВт в режиме накопителя. Строительство ГАЭС требует серьезных инвестиций, но в долгосрочной перспективе они кратно выгоднее любых возможных вариантов с «химическими» накопителями и, кроме того, не требуют никаких расходов на утилизацию аккумуляторов. Возможность строительства такого количества ГАЭС, которая имеется у Узбекистана, совершенно уникальна: в качестве примера на территории России в настоящее время работает всего 3 (три) ГАЭС. Для Узбекистана имеется и еще один положительный момент: использование ГАЭС практически не требует расхода воды – единожды накопленная в верхнем бассейне, она уже не уходит вниз по течению, а накапливается в нижнем бассейне. В Джизакской области по решению правительства Узбекистана той же «РусГидро» с мая 2024 года разрабатывается проект строительства Айдаркульской ГАЭС, заданные параметры – 250 МВт в турбинном режиме и 300 МВт в режиме накопления.
Расчеты по Джизакской области в этом случае выглядят следующим образом: маневренные возможности АСММ – 200 МВт, маневренные возможности Айдаркульской ГАЭС – еще 550 МВт. В этом случае безо всяких рисков для стабильности объединенной энергосистемы Джизакская область может ввести в строй дополнительные 750 МВт мощностей солнечных и ветряных электростанций. Мне кажется, это серьезный объем уже в масштабе всего Узбекистана, но это ведь только одна область и одна ГАЭС. Второй проект, по которому РусГидро уже приступило к разработке детального обоснования – Каратеренская ГАЭС с заданными 500 МВт в турбинном режиме и 500 МВт в режиме накопления, то есть 1 000 МВт маневренной мощности и возможность уверенного строительства СЭС и ВЭС такой же общей установленной мощности.
У меня нет информации обо всех остальных 17 ГАЭС, возможность строительства которых имеется у Узбекистана, потому предлагаю рассматривать самый пессимистичный вариант – будем считать, что все эти ГАЭС будут иметь всего по 100 МВт установленной мощности. Но даже в этом случае общая установленная мощность составит 1 700 МВт, а маневренная – 3 400 МВт.
На начало 2024 года общая установленная мощность объединенной энергосистемы Узбекистана составила 17 900 МВт. Следовательно, при строительстве всех возможных ГАЭС республика имеет возможность нарастить энергосистему на 20% за счет ВИЭ без рисков ее надежности – в том случае, повторю, если все ГАЭС будут иметь крайне скромную мощность в 100 МВт. Вы уж извините, но в этом случае Узбекистан не интересует ничей опыт. Нет на планете стран, имеющих такой колоссальный потенциал по имплементации в ОЭС такого объема ВИЭ – нельзя забывать о том, что сами ГАЭС – это ведь тоже ВИЭ, поскольку нет у гидроэлектростанций никаких выбросов тепловых газов.
Окончательный расчет выглядит следующим образом (при предположении, что все 17 ГАЭС, кроме Каратеренской и Айдаркульской – всего по 100 МВт. Предположение – дикое, реально наверняка надо умножить на 2 или на 3)). 17 900 МВт установленной мощности ОЭС Узбекистана на 01.01.2024, безопасный объем ВИЭ-генерации – 2 200 МВт. АСММ и Айдаркульская ГАЭС – гарантия безопасного объема ВИЭ-генерации – 750 МВт, при этом зеленая генерация Айдаркульской ГАЭС – еще 250 МВт. Каратеренская ГАЭС – 500 МВт собственной зеленой генерации и 1 000 МВт – балансирующая мощность для дополнительных СЭС и ВЭС. Оставшиеся 17 ГАЭС по 100 МВт – сами по себе 1 700 МВт зеленой генерации. Эти же ГАЭС позволяют без опасений построить еще 3 400 МВт установленной мощности ветряных и солнечных электростанций.
Итого потенциальный «зеленый запас» для Узбекистана в мегаваттах: 2 200 (безопасные 12,5% от сегодняшней установленной мощности) + 750 (АСММ и балансирующая мощность Айдаркульской ГАЭС) +250 (собственная генерация Айдаркульской ГАЭС) +1 000 (маневренная мощность Каратеренской ГАЭС) + 500 (собственная генерация Каратеренской ГАЭС) + 3 400 (маневренная мощность неизвестных ГАЭС) + 1 700 (их же собственная генерация) = 9 800 МВт или 55% от общей мощности ОЭС на сегодняшний день. 9 800 МВт мощностей генерации, которые не требуют ископаемого топлива – и это при самых скромных подсчетах, которые я вынужден делать из-за отсутствия информации по 17 потенциально возможных ГАЭС. Ошибка возможна только в том случае, если толщина льда на поверхностях водохранилищ Узбекистана в зимнее время превысит 20 см, то есть приблизительно никогда.
Удастся получить точную информацию по проектам ГАЭС – изменятся в сторону увеличения последние два слагаемых, но даже при таком вот грубом подсчете лично мне как-то грустно, поскольку в России ничего подобного нет и не предвидится, потому придется только завидовать. Стран Евросоюза с таким вот потенциалом ВИЭ, причем потенциалом безопасным для надежности объединенной энергосистемы – просто нет, ближайшие конкуренты Узбекистана в этом отношении только Норвегия с ее горными реками и Исландия с ее гейзерами.
Но, тем не менее, это не значит, что республика может опираться только на ГАЭС, СЭС и ВЭС. В электроэнергетике есть такое важное понятие, как КИУС – коэффициент использования установленной мощности, то есть сколько часов электростанция работает, а сколько простаивает. Работает она 100 часов из 100 возможных – КИУМ равен 100%. У новых, современных угольных и газовых электростанций КИУМ составляет порядка 60%, у АЭС – около 80% (остальное время – загрузка топлива, предупредительные ремонты и тому подобное). А вот у ветроэлектростанций последнего поколения КИУМ – 25%, у СЭС на юге России (Краснодарский и Ставропольский край) – 22%.
С учетом уровня инсоляции в Узбекистане КИУМ солнечных электростанций наверняка выше, но не более 30%. Эти показатели необходимо учитывать в обязательном порядке – иначе могут возникнуть риски разбалансировки объединенной энергосистемы.
Компенсировать невысокий КИУМ можно за счет третьего варианта балансировки энергосистемы – строительства дополнительных электросетей. Грубо: если солнца не хватает на севере республики – должна иметься возможностей перекидывать «солнечные мегаватты» с юга. Но еще более надежный способ балансировки – полномасштабное восстановление объединенной водно-энергетической системы всей Центральной Азии. В этом случае будущая Рогунская ГЭС в Таджикистане будет «страховать» угольные электростанции в Павлодарской области Казахстана и наоборот, солнце Самарканда придет на выручку газовой электростанции в Актобе и так далее.
Но это уже, конечно, совсем другая история. Если же речь только об Узбекистане, то общая рекомендация (ни в коем случае не «совет», не «приказ»): учитывать любой опыт других стран, но думать только о собственном потенциале, о собственных возможностях и потребностях, самым тщательным образом учитывая все собственные особенности рек, рельефа, розы ветров, солнечной инсоляции, применять только лучшие из имеющихся технологий, не забывать о том, что электростанцию любого типа придется выводить из эксплуатации (за исключением ГЭС, поскольку никто пока не знает, сколько лет они могут работать).
И главное, не спешить с принятием решений – лучше хорошо подумать, все перепроверить и пересчитать. То решение, которое Ташкент принял по Джизакской АЭС, которую страна намерена строить синхронно с Айдаркульской ГАЭС, лично меня убеждает – думать в Узбекистане об Узбекистане умеют просто отлично. Если найдете возможность и дальше комплектовать АЭС, ГАЭС и ВИЭ, да еще и выстроите сотрудничество со всеми соседями по региону, добавите природный газ – все будет в полном порядке. При разработке любых планов развития помните, что Узбекистан – уникален. В чужом опыте – не забывайте находить все ошибки, чтобы их никогда не повторять.
Мудрости вашему народу и руководству, процветания вашей солнечной республике!
