ЭНЕРГОХОЗЯЙСТВО ЗА РУБЕЖОМ

Для сессии СИГРЭ 2002 г. экс-президент этой организации Chamia M. подготовил доклад с прогнозом дальнейшего развития энергосистем на период до 2020 г.

Автор доклада, проводя анализ движущих энергетику сил и тенденций изменения для представления об энергосистемах 2020 г., считает свой подход, с учетом относительно короткого времени прогноза, скорее, скептическим, чем оптимистическим. В статье приводится несколько сокращенное изложение доклада.

Движущие силы энергетики существенно различаются в двух видах стран – странах Организации экономического сотрудничества развития (OECD) и в развивающихся странах, поэтому они рассматриваются раздельно. Эти две группы представляют 90% мировой энергетики, остальные 10% относятся к странам с переходной экономикой.

Движущие силы в странах OECD. В 1990 г. генерирующие мощности, работающие свыше 30 лет, составляли около 12%, в 2000 г. – 31% и предполагается их рост до 50% в 2010 г. Около 65% установленной мощности приходится на тепловые электростанции с КПД ниже 35%.

Масштабные программы замены и реконструкции оборудования приведут в 2020 г. к росту мощности до 2500 ГВт (вместо 1900 ГВт в 2000 г.). Для электрических сетей технический ресурс существенно больше. Например, крупные электри- ческие сети в странах OECD имеют сроки службы до 70 лет и соответственно – большую потребность в замене и реконструкции их оборудования.

Другая действующая сила – охрана окружающей среды. Это относится как к электростанциям, так и к электрическим сетям: освоение экологиче- ски чистых или мало загрязняющих процессов, повышение КПД преобразования энергии, для ВЛ – снижение неблагоприятных визуального, электромагнитного и акустического эффектов, экологиче- ски безвредные материалы.

Еще одной движущей силой является либерализация рынка электроэнергии. Под ее воздействием за последние 10 лет снизился резерв мощности из-за конкуренции, изменений рынка и ограни- чений со стороны регуляторов. К примеру, резерв пиковой мощности в США и Швеции снизился в период 1990 – 2000 гг. с 20 до 10%.

В то же время рынком поощряется обмен электроэнергией между разными странами, но этот обмен сдерживают ограничения в сетях и межсистемных связях.

Движущие силы в развивающихся странах. Потребление электроэнергии в этих странах составляет от 340 до 3400 кВт ч на человека (в странах OECD 2200 – 22 000 кВт ч/чел.) èç-çà нехватки электроэнергии.

Прогнозируется рост населения в развивающихся странах в период 2000 – 2020 гг. с 2,1 до 3,5 млрд. чел. В странах OECD рост населения гораздо скромнее: только на 10% в следующие 20 лет.

Энергосистемы развивающихся стран сравнительно молоды. В 1990 г. оборудование со сроком службы более 30 лет составляло всего 5% общей установленной мощности. Рост мощности на 16%

ê2000 г. позволяет считать, что к 2010 г. доля мощности оборудования со сроком эксплуатации более 30 лет достигнет 27%. Мощность электростанций, работающих на сжигании топлива, составляет 73%. Наблюдается рост мощности относительно быстрыми темпами: предполагается, что

ê2040 г. мощность достигнет 2400 ГВт (в 2000 г. она составляла 1050 ГВт), т.е. сравняется с мощностью энергосистем в странах OECD.

Âотношении сетей стало необходимым развитие национальной инфраструктуры и межсистемных связей с другими странами. Это требует капиталовложений с длительным сроком амортизации. Отсюда – необходимость для этих стран экономичности вложений: применение модульных систем, оборудования с низкими потерями и высокой эффективностью, большие ступени в наращива-

нии мощности.

Перемены в энергетике. Структура энергетики. Из материалов Международного агентства по энергетике (IEA) за 2000 г. видно, что в странах OECD быстро растет применение в энергетике природного газа. Прогнозируется рост для ТЭС на газе с 1200 ТВт ч в 2000 г. до 3700 ТВт ч в 2020 г., т.е. с 14 до 31% общего производства. ТЭС на нефти и АЭС за это время существенно снизят производство электроэнергии, угольные ТЭС останутся на том же уровне. ГЭС несколько снизят свою долю выработки, но использование возобновляемых источников энергии увеличится

вдвое – с 2 до 4%, хотя это незначительная добавка

âобщем балансе.

Âстранах Европейского экономического сообщества применение природного газа выросло с 1990 по 1998 г. на 128%. Можно ожидать, что к 2020 г. электростанции на газе составят в Европе более 40% установленной мощности. В настоящее время 6% электроэнергии в странах Европы генерируется за счет возобновляемых источников: ветер, геотермальная и солнечная энергия, сжигание биомассы. Уже к 2010 г. их доля увеличится до 12%.

Анализ показывает, что централизованное производство энергии не будет в заметной степени замещаться изолированно работающими источниками энергии, что отвечает насущным нуждам рынка.

В развивающихся странах также ожидается рост потребления газа: производство ТЭС на газе вырастет с 700 до 2600 ТВт ч между 2000 и 2020 гг., т.е. с 13 до 23% общего баланса. Доля угля немного вырастет, а нефти несколько снизится. Использование ГЭС для выработки электроэнергии немного снизится, а доля АЭС (около 4%) почти не изменится. Возобновляемые источники энергии (кроме ГЭС) составят, как и сейчас, приблизительно 1%.

Пример разнообразия путей развития показывает КНР. В настоящее время производство электроэнергии в этой стране составляет около 1 3 всего производства развивающихся стран. Для производства электроэнергии используются угольные ТЭС, они в 2020 г. выработают около 2600 ТВт ч (70% всего производства в стране и 64% генерирующих мощностей), т.е. столько же, сколько все ТЭС на газе развивающихся стран. Гидроэнергетика КНР быстро растет и дает около 1 5 электроэнергии.

Рыночная ситуация в энергетике. С начала третьего тысячелетия рынок электроэнергии в странах OECD постепенно либерализируется. Этот процесс проявляется в конкуренции между производителями, в то время как передача и распределение электроэнергии остаются в руках естественных монополий. На сцену выходят новые действующие лица: регуляторы, торговцы, координаторы, операторы энергообмена.

В части производства электроэнергии, к примеру, будут разработаны правила экономичных вложений в пиковые мощности, в части электропередачи – прозрачные и простые тарифы, регулирование будет продвигать вперед усиление сетей и развитие межсистемных связей. Коммерческий обмен электроэнергией займет свою нишу в рынке, сосуществуя с естественными монополиями.

“Переходной процесс”, вызванный либерализацией рынка, в странах OECD полностью установится к 2020 г., в развивающихся странах переход к новой структуре будет более длительным. К

2020 г. энергетика в этих странах достигнет уровня, существующего сегодня в странах OECD.

Энергосистемы 2020 г. Первый сценарий их развития – превалирование централизованных генерирующих мощностей с распределением электроэнергии от центральных точек энергосистемы.

Второй сценарий развития – энергосистемы с 20 – 30% изолированно работающих источников энергии, остальная часть – централизованная.

Сценарий централизованной энергетики. Структура будущих энергосистем по этому сценарии не отличается от нынешней. Отличие в будущем – качество, характеристики и оперативные возможности электроснабжения.

Отличия энергосистем будущего: экологическая проблема – ТЭС на газе, жидко-

стная газоочистка, применение экологически чистых материалов, уничтожение которых по истече- нии срока службы возможно без загрязнения окружающей среды. Для ВЛ – рост плотности переда- чи в существующих коридорах ВЛ с принятием мер против помех, улучшение визуального впечатления от ВЛ;

достаточность количества электроэнергии при высоком ее качестве для всей планеты – удовлетворение потребности в электроэнергии, которой не хватает во многих местах мира: дополнительные вложения в добычу и переработку топлива, повышение КПД электростанций и мощности энергосистем, применение ВЛ и межсистемных связей большой мощности (в некоторых странах мощность межсистемных связей может достичь 10 – 20% всей установленной мощности);

доступность электроэнергии, полная электрификация (треть населения мира сейчас нуждается в доступе к коммерческому потреблению электроэнергии) – снижение стоимости оборудования, его эксплуатации и ремонта; модульный подход; конструкции, требующие минимума ухода;

надежность и высокое качество поставок электроэнергии, достаточное сегодня для магистральных сетей, но не для распределительных – лучшая защита распределительных сетей от атмосферных воздействий (ураганы, грозы и др.), внедрение “интеллектуального” оборудования, например, кондиционеров электропитания с применением накопителей энергии;

управляемость с использованием информационных технологий – интенсивное оснащение оборудования усовершенствованными датчиками и управляющими устройствами для минимизации опасных воздействий, непрерывный контроль и диагностика, как часть системы управления; использование сети портативных и стационарных компьютеров для обработки большого количества параметров, а также при планировании и составлении графиков, для эксплуатации и ухода за оборудованием;

эффективность производства и потребления электроэнергии – модульный подход к проектированию (“режь и клей”) в соединении с упрощением эксплуатации электроустановок (“нажми и работай”);

гибкость и управляемость энергосистем: главное средство – регулирующие ГЭС, далее, с ростом доли установок на газе, регулирование с их помощью при изменениях потребления. Комплектация сетей устройствами FACTS, новые ВЛПТ: снижение существующих ограничений по ВЛ, управляемость энергосистем как в статике, так и в динамике. Внедрение системных защит с широкой зоной действия от развала энергосистемы. У потребителя – внедрение интеллектуальных устройств и средств связи, позволяющих управлять нагрузкой

в часы максимума и минимума.

Сценарий смешанной энергетики. Блоки, изолированно работающие, производят тепловую и электрическую энергию в центре нагрузки и при сравнительно малых мощностях имеют возможность присоединения к подмагистральным и распределительным сетям. Потребность в дальней передаче электроэнергии снизится в связи с размещением части генерирующих блоков вблизи центров нагрузки.

Могут возникнуть сложности в выполнении следующих задач:

приспособляемость к совместной работе с сетью – многие узлы с изолированно работающими источниками энергии имеют генераторы с изменяющимся и регулируемым выходом по мощности, для них требуется энергообмен с сетью, т.е. потоки мощности двунаправленные. Для этого требуются автоматические системы телеуправления производством и потоками мощности в сети;

управляемость многими источниками генерирования для обслуживания энергосистемы: поставок реактивной мощности, регулирования частоты, образования резерва и др., как это происходит в современных сетях. Воздействие рынка на изолированно работающие электростанции требует наличия источников электроэнергии, подчиняемых расписанию, рынка резерва с низкой стоимостью электроэнергии;

высокое качество электроснабжения потребует широкого применения цифровой техники в управлении процессами. На стабильность напряжения в сетях существенно влияют генераторы, работающие на источниках энергии с переменным выходом, например, ветроустановки, мощность которых зависит от ветровых условий. Необходимыми являются устройства регулирования мощности. Нынешний пример – управляемая ВЛПТ 50 МВт, 80 кВ в Швеции. Она работает с 1999 г., соединяя ветроэнергетический комплекс с центром нагрузок, отстоящим на 70 км от комплекса. Стабильность напряжения обеспечивается при удвоении вырабатываемой ветроэнергии.

Рост общей мощности изолированно работающих источников энергии быстро приведет к росту токов КЗ, потребуются схемы с ограничением уровней токов КЗ.

Прогнозируемые к 2020 г. особенности энергетики потребуют значительных усилий по совершенству производства и передачи электроэнергии. Можно надеяться, что деятельность СИГРЭ будет оставаться важной для энергетиков всего мира, что энергетики будут способны творчески и эффективно подойти к развитию и обслуживанию энергосистем 2020 г., ставя перед собой цель удовлетворения потребностей мира в электроэнергии.