Энергетика Крыма. Что строить?

Размещено на http://www.allbest.ru/

Энергетика Крыма. Что строить?

В.Г. Семёнов, генеральный директор,

ОАО "ВНИПИэнергопром"

Москва

Начало

В 1896 г первая крымская электростанция дала ток для освещения театра и центральных улиц Симферополя, но фактически до начала 30-х годов прошлого века все города и села полуострова вечером погружались во тьму. Освещаемые объекты сегодня назвали бы VIP (рис. 1).

Ладно бы свет, но электричества не было даже в портах и, в первую очередь, для обеспечения их работы, в 1937-38 гг. были запущены 2 крупных для того времени электростанции в Севастополе и Керчи. Они работают до сих пор.

Уникальным был проект электрификации созданных в Крыму еврейских административных районов. На деньги, выделяемые американским фондом Джойнт, к 1936 г. 55 из 85 еврейских колхозов были электрифицированы. В этих колхозах родились советская распределенная энергетика, мелиорация, промышленное виноделие, кролиководство, свиноводство и т.д. Для сравнения, в целом по стране доля электрифицированных колхозов тогда составляла 3%.

А совсем революционным для того времени стало решение строить в Крыму электростанции, использующие энергию ветра. К началу 30-х годов во всех странах мощность подобных установок составляла до 60 кВт, а в Крыму начали сразу со 100 кВт. В 1931 г. около Балаклавы построили мачту высотой 65 м по проекту Владимира Шухова, а ветроагрегат с колесом диаметром 30 м создали в ЦАГИ. Станция успешно проработала до боевых действий 1941 г., когда была взорвана.

В 1932 г. был объявлен всесоюзный конкурс на проект Крымской ветроэлектростанции, способной обеспечить электроэнергией южное побережье полуострова. Профильные институты предложили создать экспериментальный агрегат мощностью до 5 МВт, но победил мало кому известный инженер, а тогда формально зэк, Юрий Кондратюк, посаженный за вредительство, и освобожденный только из-за необходимости реализации этого проекта. Бывший прицепщик вагонов и автор труда "О межпланетных путешествиях" вместе с архитектором Николаем Никитиным предложил возвести железобетонную мачту высотой 165 м в четырех километрах от вершины Ай-Петри и разместить друг над другом два трехлопастных пропеллера-ветродвигателя диаметром 80 м каждый. Кондратюк задумал станцию в 12 МВт, т.е. в 120 раз мощнее, чем в Балаклаве.

В 1937 г. на Ай-Петри появился железобетонный "стакан" - фундамент для мачты (рис. 2). Но в том же году умер нарком Орджоникидзе, лично поддерживавший проект, и начались "расследования" подшефных ему объектов. Проект признали ошибочным - никто не мог поверить, что при ураганном ветре мачта не вырвет стакан и не упадет. В 1938 г. строительство прекратили.

Автор проекта полета на луну Юрий Кондратюк в войну ушел на фронт и погиб, будучи заместителем командира пехотного взвода.

Николай Никитин через три десятка лет построил свою мачту - Останкинскую телебашню. Глубина ее фундамента 4,5 метра.

После войны

Часть оборудования крымских электростанций была вывезена немцами в Германию, но к 1951 г. энергетические мощности удалось восстановить.

А в 1954 г. Хрущев подарил Крым Украине, и, в дальнейшем, накрепко привязал их друг к другу, превратив узкий перешеек в пуповину, по которой на полуостров поступала большая часть воды, газа и электроэнергии. В Крыму были завершены только уже начатые проекты по строительству Сакской и Симферопольской ТЭЦ.

Рис. 3. Вход в бывшую подземную электростанцию.

(Фото автора)

В начале 1960-х был реализован еще один интересный секретный проект. В Севастополе построили электростанцию мощностью 24 МВт, разместив ее в горе, на берегу Инкерманской бухты (рис. 3, 4). Станция должна была обеспечивать жизнедеятельность флота, в том числе в условиях атомной войны. Успешно проработав до 1980-х годов, она была демонтирована для реконструкции, которая так и не наступила. Сейчас бывший секретный объект иногда используют для съемок кинофильмов.

Рис. 4. В турбинном цехе подземной электростанции.

(Фото автора)

К началу 1980-х появились планы индустриализации Крыма. Расширение металлургического завода плохо стыковалось даже с тогдашними представлениями об экологии, поэтому была предпринята попытка хотя бы энергетику сделать "чистой". После 20-летнего перерыва возобновилось строительство крымских электростанций. Начали с первой в СССР экспериментальной солнечной. Так получилось, что она же стала и последней.

В центре поля диаметром 500 метров, недалеко от нынешнего города Щелкино, была построена башня высотой 89 метров. 1600 зеркал, управляемых ЭВМ, направляли отраженный солнечный свет на котел, расположенный на вершине башни. Пар из котла направлялся на турбину, расположенную на земле. В состав станции входил паровой аккумулятор, позволяющий станции работать при недостаточном солнечном излучении.

Мощность электростанции, запущенной в 1985 г., составляла 5 МВт, а установленная мощность всех солнечных электростанций мира на тот момент была всего 21 МВт.

Коммерческого эффекта она не дала, т.к. почти вся вырабатываемая электроэнергия расходовалась на собственные нужды.

"Солнечная" периодически работала, вплоть до начала 1990-х, после чего была закрыта из- за отсутствия финансирования. Зеркала еще долго продавались на крымских базарах, а в мире начали строить подобные усовершенствованные станции.

Одновременно с солнечной и вблизи нее была построена экспериментальная ветроэлектростанция. Сегодня она также выведена из эксплуатации (рис. 5).

Рис. 5. Ветроэлектростанция, выведенная из эксплуатации.

Не менее печальна история строительства рядом с солнечной станцией еще одного объекта - Крымской АЭС (рис. 6). Даже при мощности 1-й очереди в 2000 МВт она должна была "залить" полуостров электроэнергией.

Пуск первого реактора предполагался в 1989 г., но экономическая ситуация в стране и трагедия в Чернобыле привели к тому, что к 1987 г. проект сначала приостановили, а в 1989 г. - окончательно закрыли, при готовности первого блока в 1000 МВт на 85%.

C 1995 по 1999 гг. в турбинном цехе станции проходили дискотеки знаменитого фестиваля электронной музыки Kazantip.

Из построенного в 1980-е годы длительно работали в пиковом режиме только установленные на Симферопольской ТЭЦ две жидкотопливные газотурбинные установки мощностью по 105 МВт каждая. Век их тоже оказался недолог и в начале 1990-х они были выведены из эксплуатации, а потом демонтированы.

В независимой Украине

Но началась борьба за энергонезависимость Украины от России. Фактически она развивалась по двум направлениям - снижение потребления газа и замещение его электроэнергией, вырабатываемой на угольных электростанциях и АЭС.

Рис. 7. Вход в подъезд жилого дома в Севастополе, однотипный для всего Крыма.

(Фото автора)

Лимиты на газопотребление котельных, задержки с выплатой бюджетных дотаций на стоимость газа для них привели к массовым недогревам. Ситуацию еще более ухудшило снятие в подъездах жилых домов батарей отопления, ликвидация тамбуров и установка металлических неутепленных и неплотных входных дверей (рис. 7). Холода в Крыму сопровождаются сильным ветром, и тепло из зданий просто выдувается, а каждый подъезд работает, как огромная вытяжка.

Жители вынужденно вооружились электрическими калориферами, и снизившийся ранее пик электропотребления снова начал расти. Сказалось также стремительно возросшее использование электроэнергии для отопления рынков, магазинов, временных строений (рис. 8).

Рис. 8. Типичный многофункциональный столб в г. Саки. Газовые и тепловые сети к зданиям не подведены.

(Фото автора)

Если в 1990 г. Крыму понадобилось около 9 млрд кВт*ч электроэнергии при максимуме потребления мощности 1434 МВт, то сейчас потребляется 6 млрд кВтч, при точно таком же зимнем максимуме, зафиксированном в 2012 г.

Надо понимать, что централизованные системы электроснабжения не могут без реконструкции обеспечить любую мощность любому потребителю. Каждая подстанция строилась под конкретную нагрузку и те из них, что расположены в жилом секторе, быстро оказались перегружены. Только в Севастополе, при сильных похолоданиях, бывает до ста отключений электроэнергии в день.

Не так быстро, но проявилась и вторая подобная проблема - рост летнего пика электропотребления. Отдыхающие в Крыму стали более привередливыми, и сдать на лето квартиру без кондиционера стало затруднительно. В домах, расположенных ближе к морю, владельцы квартир начали ставить сплит-системы (рис. 9), и электропотребление в жаркие дни также выросло, приблизившись к зимнему максимуму.

Рис. 9. Жилой дом недалеко от пляжа в Евпатории.

(Фото автора)

Токовая нагрузка на провода и трансформаторы возросла. В квадрате увеличились потери электроэнергии, превратившиеся в тепло, отводить которое от тех же трансформаторов в жаркую погоду затруднительно.

Сказалась и общая проблема постсоветского пространства - продажа электробытовой техники без устройств компенсации реактивной мощности. Энергосберегающие лампочки, холодильники, сплит-системы в больших объемах потребляют, так называемую, реактивную энергию, что приводит к дополнительной перегрузке сетей, трансформаторов и, соответственно, частым отключениям.

В качестве сдерживающей меры были вынужденно введены квартирные лимиты электропотребления, с четырехкратным ступенчатым ростом тарифа по мере превышения очередного уровня месячного лимита. При переходе на следующую ставку тарифа, он распространяется на всю потребленную в течение месяца электроэнергию.

Но эффект, в части влияния на величину пикового потребления, оказался явно недостаточным. Сказалось, что даже максимальный украинский тариф ниже среднероссийского, а в холод и жару люди все равно все включают, тем более методы обмана счетчика известны давно.

В результате Крым был объявлен зоной энергодефицита, и, т.к. проблема утепления подъездов явно была недооценена, киевские власти занялись крупными инвестициями.

С начала 1990-х годов было построено около 90 МВт государственных ветроэлектростанций, сегодня частично устаревших и не работающих. В процессе эксплуатации выявились проблемы негативного влияния ВЭС на качество электроэнергии в общей сети, устранить которые удалось лишь частично.

Но самые грандиозные проекты были реализованы в последние годы - построено около 400 МВт солнечных электростанций, из которых 300 МВт были включены в работу (рис. 10).

Рис. 10. Перовская солнечная электростанция 105 МВт (15 место в мире по мощности).

Основным инвестором выступила австрийская компания Activ Solar GmbH, но корни у нее оказались украинские. "Зеленый" тариф, установленный для солнечной генерации, составил около 20 руб./кВт.ч, а оплачивали его методом усреднения все потребители Украины.

Энергетических проблем Крыма строительство этих электростанций не решило. И летний и зимний пики потребления электроэнергии приходится примерно на 21 час, когда солнечное излучение мало или вообще отсутствует. Да и объемы выработки, при большой установленной мощности, оказались минимальны. Фактически ее хватает на электрический нагрев жителями горячей воды вместо ликвидированного в большинстве городов централизованного горячего водоснабжения от котельных. В десятки раз дешевле обошлась бы установка солнечных водонагревателей.

Также в последние годы на шельфе полуострова развивалась добыча природного газа. Фактически Крым в конце прошлого года вышел на газовую самообеспеченность, хотя существует проблема недостаточной пропускной способности некоторых газопроводов в периоды пикового потребления газа при сильных похолоданиях.

Сегодняшнее состояние

¦ 86% электроэнергии поступает из Украины, при ограниченной пропускной способности межсистемных ЛЭП в периоды сезонного пикового потребления. Существует опасность прекращения поставок электроэнергии в случае обострения политической ситуации;

¦ украинская энергосистема поддерживает частоту в сети, компенсирует суточную неравномерность электропотребления полуострова, нестабильность выработки солнечных и ветроэлектростанций, реактивную мощность;

¦ существенная часть энергетических активов, в частности электрические сети, принадлежит украинскому бизнесу и государству, соответственно, имеются проблемы осуществления российских инвестиций.

По планам Минэнерго РФ в Крыму предполагается построить 770 МВт новой тепловой генерации в Симферополе и Севастополе. Еще одна тепловая электростанция мощностью 600 МВт запланирована в Новороссийске с прокладкой кабельного перехода через Керченский пролив. Затраты на генерацию и магистральные электрические сети оцениваются в 140 млрд руб., или 100 тыс. руб. на 1 кВт мощности.

Стоимость добываемого в Крыму газа весьма высока, а тарифы на электроэнергию и тепло- энергию ниже российских, что предопределяет неокупаемость проектов строительства новых крупных электростанций и сетей. Реализация принятых решений возможна только методами распределения затрат на всех российских потребителей электроэнергии, что противоречит антикризисным мерам Правительства по сдерживанию роста тарифов.

Пока источники финансирования отсутствуют, а срок принятия инвестиционных программ энергокомпаний, подконтрольных государству, перенесен на 1 ноября этого года.

Надо также учитывать, что перечень необходимых затрат на этом не исчерпывается:

¦ действующие ТЭЦ Крыма убыточны и для продолжения их работы необходимы существенные дотации, источник которых не определен;

¦ солнечные и ветроэлектростанции имеют нестабильную выработку, зависящую от погоды, требуют 100% резервирования и сегодня полностью отключены из-за неопределенности источника оплаты высоких отпускных тарифов на электроэнергию;

¦ завезенные из России жидкотопливные электростанции используются как резервные и на их подключение, формирование запасов топлива и обслуживание также необходимы средства;

¦ уровень добычи газа недостаточен для обеспечения топливом замещающих электростанций. На строительство газопровода из Кубани называется необходимая сумма - 30 млрд руб.;

¦ решение проблем надежности электроснабжения жилого фонда дополнительно потребует увеличения пропускной способности практически всех разводящих электрических сетей и реконструкции подстанций. Источник для возврата необходимых инвестиций отсутствует, т.к. тарифы для населения предельно низкие и дотируются из бюджета;

¦ необходима существенная реконструкция и систем теплоснабжения.

Также надо учитывать ожидаемое восстановление промышленности с соответствующим увеличением электропотребления.

Должно повыситься и благосостояние жителей Крыма. Сегодня сплит-системы установлены только в 5% квартир, и жители в жару предпочитают возвращаться домой только после захода солнца. В ближайшее время эти простые устройства постараются поставить многие, летнее пиковое потребление опять вырастет и угнаться за этим пиком будет чрезвычайно сложно и дорого. Опыт Сочи показал, что даже при решении задачи системного энергодефицита, продолжаются многочисленные локальные отключения.

Реально на модернизацию энергетики Крыма потребуется не менее 300 млрд руб.

Оптимизация затрат

Управление спросом. Невозможно добиться экономичности энергоснабжения, если над убогой системой потребления энергии будут надстроены даже самые совершенные электростанции и сети.

Включая и выключая компьютер в своей квартире, мы воздействуем на всю энергетическую систему, включающую не только внутридомовое оборудование, но и сетевую инфраструктуру, трансформаторы, электрические станции. Эти системы уже достигли такой огромной мощности, что влияние новых потребителей на них всегда будет менее существенным, чем уже имеющихся.

Снижение пикового потребления существующих потребителей, как альтернатива строительству новой мощности, проект понятный в своих преимуществах любому неспециалисту. Затраты снижаются в разы, электрические сети разгружаются, потребители платят меньше. Апофеоз энергосбережения с отрицательным сроком окупаемости по общесистемным затратам.

Но в программах развития энергетики потребление мощности рассматривается как что- то незыблемое, хотя методы управления спросом известны и широко применяются во всем мире. У нас же организация такой работы даже не закреплена ни за одним федеральным органом. Государственная программа "Энергоэффективность и развитие энергетики" написана про две отдельные цивилизации - в первом разделе мы экономим, а во втором увеличиваем мощность без учета ее экономии.

Имеется весьма большой набор мер управления пиком электропотребления, под каждую из них существуют свои методы административного и экономического стимулирования.

Рис. 11. Поквартирное утепление домов в Симферополе.

В условиях Крыма наибольший эффект дает уменьшение использования электроэнергии для целей нагрева и охлаждения:

¦ восстановление параметров теплоснабжения и утепление зданий. Сегодня эту проблему вынужденно решают сами жители, утепляя свою часть фасада дома (рис. 11);

¦ введение хотя бы минимальных требований энергоэффективности к объектам, обогреваемым электричеством (рис. 12). Стимулирование использования теплонакопителей, потребляющих электроэнергию только ночью.

Рис. 12. Типичный крымский "магазинчик" с однослойным остеклением.

(Фото автора)

Для снижения летнего пика кардинальной мерой является перевод зданий на централизованное холодоснабжение с подачей охлажденной воды по существующим тепловым сетям. Понадобятся абсорбционные машины, вырабатывающие холод за счет горячей воды или сжигания газа. В прибрежных районах можно через теплообменники использовать морскую воду, имеющую на глубине относительно низкую температуру даже летом. Возможно также применение электрических агрегатов с ночным потреблением электроэнергии и аккумуляторами холода.

Конечно, эти мероприятия не дешевы, но только они смогут обеспечить разгрузку электрических сетей и подстанций. Вполне реально в короткие сроки снизить максимум потребления электрической мощности в Крыму до 1000 МВт, при кратно меньших затратах на высвобождаемый киловатт, в сравнении с увеличением мощности системы.

За меньшие деньги мы получим тот же результат, выиграем время и решим реальные проблемы теплового комфорта для людей. Повторно такая возможность уже не появится.

Существующие ТЭЦ. Любая ТЭЦ является суперэкономичной только при полном использовании тепловой энергии, образующейся как побочный продукт выработки электроэнергии. Но в Крыму отопительный сезон составляет всего 120 дней, и в остальные дни существующие ТЭЦ дешевле просто отключать, что, в основном, и делается.

Новые станции без продажи тепловой энергии будут проигрывать закупкам электроэнергии с Украины, т.к. их КПД в реальных режимах не превысит 40%. Они просто будут сжигать много дорогого газа. Усреднение газовых тарифов по России только скроет проблему.

Интересен проект модернизации существующих ТЭЦ: ликвидируется системный источник убытков, удельные затраты на строительство 1 кВт мощности ниже, тепловую нагрузку можно увеличить, переведя часть котельных в пиковый режим работы, а при организации холодо- снабжения сделать ее почти круглогодичной. Существующим оборудованием ТЭЦ Крыма могут обеспечить около 200 МВт. Как минимум вдвое можно увеличить их мощность и выработку электроэнергии при том же потреблении газа. холодоснабжение тепловой абсорбционный электрика

В результате модернизации можно получить высокоэффективные маневренные ТЭЦ, с возможностью регулирования электрической мощности в большом диапазоне не выходя из экономичного теплофикационного режима. Это особенно важно для Крыма в условиях переменного потребления с ночным уменьшением потребления мощности почти в два раза от вечернего пика.

Распределенная энергетика. Современные малые энергоцентры в сочетании с холодильными машинами и тепловыми насосами в условиях Крыма могут работать с коэффициентом использования топлива выше 200%. Особенно при использовании морской воды - неисчерпаемого источника теплоты зимой и холода летом.

Проблема только в том, что серьезный бизнес не будет возиться с одним центром, т.к. удельные издержки будут чрезмерно высоки. Необходимо сформировать экономическую модель, учитывающую системные эффекты, и вывести проект из муниципального планирования на федеральный, с планируемой мощностью в 200-300 МВт.

Для ускорения появления новой электрической мощности, проект можно осуществлять поэтапно, начиная с простых малых ТЭЦ, устанавливаемых вместо котельных.

Возобновляемая энергетика. Мощность завезенных в Крым жидкотопливных малых и средних электростанций составляет более 500 МВт. Они используются как резервные.

При решении вопроса установления тарифов для солнечной и ветрогенерации, возможно использование ее совместно с жидкотопливной для обеспечения гарантированной суммарной мощности. Необходимо рассчитать длительность топливного режима и, если она будет невелика, включить возобновляемую энергетику в общий энергобаланс, с уменьшением потребности в новых тепловых электростанциях.

Надо учитывать, что высокая стоимость жидкого топлива формируется, в основном, за счет налога на добычу полезных ископаемых и акцизов. Получается парадоксальная вещь - государство собирает налоги с топлива, сжигаемого на ТЭЦ и в котельных, а затем тратит собранные средства на строительство замещающих газовых мощностей.

Наверное, имеет смысл организовать государственные закупки жидкого топлива для энергетических целей по регулируемым ценам. Для Крыма такое решение позволило бы отказаться от строительства газопровода с материка, снизить потребность в новой тепловой генерации и сохранить в республике приоритетность использования "зеленой" энергетики.

Большие энергетические резервы есть и в переработке мусора.

В заключение

Добиться, чтоб в крымских домах за доступные деньги было тепло зимой, прохладно летом и всегда светло, можно только создав электростанции, которые решают весь комплекс задач, а не только последнюю. Принципиально важно, что на создание такой энергетики нужно меньше времени и средств, за счет оперативного использования резервов и снижения издержек. Гарантировано позитивное отношение к подобному проекту населения. Люди более спокойно воспримут неизбежный рост платежей за ЖКХ, увидев, что реально решаются их проблемы. Тем более решать их будут сами жители - появятся новые рабочие места, заказы для крымских предприятий. Сейчас часто говорится о частно-государственном партнерстве. На Украине это партнерство достигло своего апофеоза - государство превратилось в акционерное общество нескольких миллиардеров, а граждане в их работников.

У нас есть уникальная возможность реализовать в Крыму партнерский проект, круг участников которого может быть практически неограничен.

Размещено на Allbest.ru