В последние годы распространение энергетики на возобновляемых ресурсах стало одной из самых популярных тем, особенно в Европе, где Еврокомиссия приняла Директиву о развитии возобновляемых источников энергии (ВИЭ) еще в 2009 году. При этом есть несколько не совсем ординарных моментов, которые, как ни удивительно, по-прежнему остаются вне поля внимания многих комментаторов, а порой и экспертов.
Про гидроэлектроэнергию
Начнем с того, что далеко не всегда к ВИЭ стали относить гидроэнергетику, хотя ГЭС отвечают всем заданным параметрам – на электростанциях этого типа не происходит никаких реакций горения, не выделяется ни углекислый газ, ни оксиды азота, ни метан, не образуются никакие отходы. Единственные используемые на ГЭС ресурсы – вода и сила гравитации. Тем не менее такой вид электрогенерации вспоминают крайне редко.
Связано это, скорее всего, с тем, что крупные ГЭС требуют строительства на реках крупных плотин, что приводит к образованию масштабных водохранилищ, которые совершенно реально влияют на климат в регионе, где они появляются. Повышается влажность воздуха, становятся выше зимние температуры и ниже температуры летние, далеко не всегда благополучно решаются вопросы с рыбными ресурсами – проблем много, да и нет ни у одной страны Европы желания отдавать под водохранилища значительные площади, плотность населения этому точно не способствует.
Однако при всех минусах у ГЭС имеется целый ряд положительных сторон, которых нет ни у солнечных и ветряных электростанций, ни у электростанций тепловых, использующих уголь, природный газ или топочный мазут. Нет тепловых выбросов – этим ГЭС выгодно отличны от тепловых электростанций. Нет критической зависимости от погоды, облачности, силы и направления ветра, ГЭС способны выдавать в объединенную энергосистему мощность тогда, когда это необходимо потребителям, выдача мощности легко поддается управлению диспетчерам энергосистем – вот перечень преимуществ ГЭС над электростанциями солнечными и ветряными.
Здесь для лучшего понимания необходимо сказать несколько слов об уникальных свойствах электроэнергии. С одной стороны, раз уж каждый из нас платит за ее потребление деньги – это товар. С другой – товар крайне специфический, ни у одного другого товара нет такой скорости перемещения от пункта производства до конечного потребителя.
Для передачи электроэнергии используются металлические провода воздушных или кабельных линий, скорость распространения электрического тока в металле равно скорости света в вакууме. 300 тысяч километров в секунду.
Таких расстояний на нашей планете просто нет, поэтому электроэнергия появляется в распоряжении потребителя в считанные доли секунды после того, как она сгенерирована на электростанции вне зависимости от того, какой это тип электростанции – угольная она или ветряная, атомная она или солнечная. Обратная сторона этой медали – в объединенной энергосистеме каждую секунду находится ровно столько электроэнергии, сколько ее способны принять конечные потребители.
Для стимулирования развития ВИЭ в законодательстве многих стран ЕС закреплено требование преимущественной закупки электроэнергии, выработанной на солнечных и ветряных электростанциях – это гарантирует инвесторам ускоренную окупаемость вложенных средств.
Город просыпается. А дальше?
Давайте вспомним, как выглядит наше с вами утро в зимние месяцы, когда на работу нам нужно попадать традиционно к 9 часам, а рассвет настает на час-другой позже. Просыпаемся мы все практически в одно и то же время – в семь утра плюс-минус полчаса. Как только мы переходим в состояние бодрствования, нам хочется включить свет, отправиться в душ, сварить чашечку кофе, и каждая такая манипуляция требует расхода электроэнергии.
Солнечные панели в темное время суток заведомо не работают, электроэнергией нас обеспечивают какие угодно электростанции, только не солнечные. Полыхают топки котлов, в которых горит уголь и природный газ, образуется пар, вращаются многотонные махины турбин – мы привыкли к комфорту, нам без этого никак.
Но вот рассвело, автоматически включились солнечные электростанции, начали вырабатывать электроэнергию. Но нас-то с вами в эти мгновения больше не стало, нам как потребителям дополнительная электроэнергия не требуется – следовательно, диспетчер энергосистемы дает команду тепловым электростанциям снизить мощность, снизить скорость вращения турбин. Нет проблем, команда выполняется быстро и четко, в энергосистеме сохраняется баланс между производством и потреблением электроэнергии.
Но через час сгущается облачность, солнечные электростанции начинают вырабатывать кратно меньшее количество электроэнергии, в энергосистеме мгновенно возникает дисбаланс, энергосистема требует устранить возникший дефицит. Диспетчер пытается заставить тепловые электростанции нарастить мощность, но тут же "утыкается" в техническую проблему – для того, чтобы разогнать турбины, требуется время, причем немалое.
Газовые электростанции "с нуля" на свою номинальную мощность способны выйти за 2-3 часа, угольным требуется и вовсе 4-5 часов. Несколько часов население, заводы и фабрики, коммунальные службы, офисы, магазины – без электроэнергии? Для небольшого поселка это беда, для мегаполиса и вовсе катастрофа.
Пути решения
Решается эта проблема двумя путями. Один из них прекрасно освоила финская компания "Вяртсилла" (Wärtsilä), освоившая производство так называемых пиковых газотурбинных электростанций. Здесь нет никакой воды, никакого пара – в топку под давлением подаются атмосферный воздух и природный газ, раскаленные газы, образующиеся при горении, сразу направляются на турбину. Менее чем через минуту такая электростанция способна выйти на 100 МВт мощности, решая любые проблемы.
Красиво. Но – дорого. Возле каждого города приходится сооружать вот такие электростанции, которые работают только в моменты пиковых нагрузок из-за дефицита генерации на ВИЭ.
К каждой такой электростанции нужно тянуть газопровод и мириться с тем, что в секунды "разгона" такие электростанции сжигают просто неимоверное количество газа. Для тех, кто водит автомобиль, – вспомните, каким оказывается расход бензина, если вы с места трогаетесь сразу на пятой скорости, в какие деньги превращается это сомнительное удовольствие.
Прелесть ГАЭС
Но есть и второй способ – строительство ГАЭС, гидроаккумулирующих электростанций. Не очень знакомая аббревиатура, но понять, что это такое, не так уж сложно – это та же ГЭС, но у нее два бассейна, верхний и нижний, и гидроагрегаты, которые способны мгновенно перейти в режим насоса. В том случае, когда в энергосистеме возникает избыток электроэнергии, ГАЭС автоматически переходит в насосный режим и перекачивает воду из нижнего бассейна в верхний. И вот уже нет необходимости снижать мощность тепловых электростанций в тот момент, когда включаются в работу электростанции солнечные – оператор энергосистемы перекидывает ненужную электроэнергию на двигатели насосов.
Тучи, туман, штиль, внезапно выключились ветряные и солнечные электростанции? Диспетчер нажатием кнопки переводит ГАЭС в режим генерации, и только что закачанная в верхний бассейн вода падает вниз, вращая гидроагрегаты. Поскольку на ГАЭС используются электродвигатели, переходы из насосного режима в режим генерации могут происходить с какой угодно частотой, современная техника спокойно выдерживает такие нагрузки.
Чем больше объемы бассейнов ГАЭС – тем большее количество электроэнергии она способна запасти за время переизбытка электроэнергии, тем больше электроэнергии она способна произвести в случае возникновения ее дефицита.
Именно балансировка объединенной энергосистемы и является главной задачей ГАЭС, именно в этом ценность и уникальность такой конструкции. Слово "уникальность" использовано не случайно – не так уж много на планете мест, в которых имеется возможность обустроить ГАЭС, для этого требуется и приличный перепад высот, и место для обустройства сразу двух бассейнов. В "старой" Европе все подобные места уже использованы, и удивляться этому не приходится – чем больше мощность построенных солнечных и ветряных электростанций, тем острее спрос на балансирующие мощности.
За несколько последних лет очень серьезные успехи в развитии ВИЭ демонстрирует Китай, но мало кто знает об особенности его законодательства, которое этому способствует. Любая компания, желающая построить солнечную или ветряную электростанцию, получает дополнительную финансовую нагрузку в виде обязательных платежей на строительство и функционирование ГАЭС. Хочешь зарабатывать деньги за счет "зеленой энергетики" – изволь побеспокоиться о балансировке объединенной энергосистемы, никаких поблажек и исключений.
И энергетические компании идут на такие условия – ведь в них работают профессионалы, прекрасно понимающие важность, значимость, необходимость энергобаланса. Если он есть – солнечные и ветряные электростанции получают возможность работать без принудительных остановок, вырабатывать электроэнергию, тем самым возвращая инвестиции, а затем и обеспечивая прибыль.
Но это – Китай, которому, прямо скажем, повезло с рельефом, в нем в настоящее время одновременно строятся сразу 14 ГАЭС. В Европе такие удачные места использованы практически полностью, но есть в ЕС страна, которой не только повезло, – здесь уже имеется ГАЭС, но самое удивительное, что ее весьма значительная балансирующая мощность все еще не используется полностью. Вот о Литве и подлинной "жемчужине" ее энергетики, Круонисской ГАЭС, мы в следующий раз и поговорим.
Мнение автора может не совпадать с позицией редакции.
Подписывайтесь на Baltnews в Яндекс.Дзен