Системный анализ текущего состояния и перспектив развития отечественной электроэнергетики

Производство тепла будет сосредоточено на теплоэлектроцентралях с уменьшением их роли в теплоснабжении за счет развития систем когенерации (ГТУ плюс котел утилизатор) и автономных теплоснабжающих установок. В 2030 г. доля тепла, производимого на ТЭЦ в системах централизованного теплоснабжения, уменьшится с 43% в 2005 г. до 35%. Эту нишу займут ГТУ-ТЭЦ и автономные установки.

Рисунок 3.1. Прогнозное развитие электроэнергетики

Большое развитие получат установки распределенной генерации электроэнергии в виде ГТУ и сочетания ГТУ + котел-утилизатор, которые будут замещать существующие котельные. Данные установки мощностью от 60 - 70 МВт до десятков киловатт будут выполнять роль как индивидуальных средств энергоснабжения, так и источников покрытия переменной части графика нагрузки, увеличивая тем самым КИУМ мощных энергоустановок. По экспертным оценкам, доля распределенной генерации может достичь 15% производства электроэнергии на тепловых электростанциях. Таким образом, генерирующие мощности в 2030 г. будут состоять из энергоустановок, работающих на передовых, мирового уровня технологи­ях, позволяющих проводить их эффективную эксплуатацию.

При большой неопределенности в исходных условиях исследования оптимальной структуры генерирующих мощностей будут проводиться на следующем этапе работы при вариации различных параметров. К основным из них относятся: уровни и режимы электро- и теплопотребления; цены на топливо; технико-экономические показатели существующих, новых и реконструируемых электростанций; различная политика в замене устаревшего оборудования электростанций; возможные ограничения на использование газа; пропускные способности межсистемных связей между ОЭС; масштабы распределенной генерации на основе ГТУ и ПГУ небольшой мощности и другие условия. При оптимизации обеспечиваются минимальные затраты на развитие электроэнергетики России с учетом оптимизации режимов функционирования объединенных энергосистем страны на всем временном интервале планирования и обеспечении требуемых уровней надежности электроснабжения потребителей.

Развитие электрических сетей Единой энергосистемы России и ее внешних связей. Развитие электрических сетей в предстоящие годы будет связано с необходимостью удовлетворения нужд развивающегося рынка электроэнергии и мощности в России, обеспечения надежности работы ЕЭС России и электроснабжения потребителей.

Базовый принцип целевого видения по развитию ЕЭС России предусматривает, что ОЭС и мощные региональные энергосистемы на всем рассматриваемом интервале до 2030 г. строятся в основном как сбалансированные с обменом электроэнергией между ними для целей реализации преимуществ совместной работы региональных энергосистем и обеспечения устойчивого и надежного энергоснабжения экономики страны и населения.

Основной транзит электроэнергии осуществляется по направлению Сибирь - Урал - европейская часть России в экономически обоснованных объемах, но не выше 10% потребностей европейской части, исходя из условий энергетической безопасности. При этом межсистемные связи усиливаются в 3 - 5 раз для обеспечения повышения надежности энергоснабжения до уровня наиболее развитых стран мира. Важнейшую роль играет уменьшение плотности тока в линиях электропередачи в 1,6-2 раза для снижения электрических потерь в сетях до уровня 5 - 6% по сравнению с 10 - 12% в настоящее время[14].

При этом развитие основной электрической сети должно быть направлено на:

      обеспечение системообразующих функций, реализацию межсистемных эффектов и системной надежности;

      энергетическую поддержку глобальных инфраструктурных проектов развития газоснабжения, нефтеснабжения, железнодорожной и автомобильной сетей;

      обеспечение надежной выдачи мощности крупных электростанций;

      обеспечение надежности питания городов и крупных узлов нагрузки;

      повышение адаптивности сети к факторам неопределенности развития генерирующих мощностей и нагрузок;

      усиление сети для уменьшения влияния сетевых ограничений на функционирование оптового рынка электроэнергии.

Развитие распределительной сети энергосистем будет направлено на:

      обеспечение выдачи мощности электростанций

      обеспечение внешнего электроснабжения отдельных крупных потребителей (энергоемких промышленных потребителей, электрифицируемы участков железных дорог, перекачивающих станций магистральных нефте- и газопроводов и др.);

      обеспечение надежного питания узлов нагрузки;

      усиление сети для уменьшения влияния сетевых ограничений.

Развитие электрических сетей ЕЭС России будет осуществляться с использованием новых технологий транспорта и распределения электрической энергии.

На рассматриваемую перспективу высшим классом напряжения в ЕЭС России останется 1150 кВ для сетей переменного тока и 1500 кВ для передач постоянного тока. Основная роль этих электропередач будет заключаться в создании электрического моста Восток - Запад по нескольким направлениям (северное, центральное, южное). Структура и параметры этого моста подлежат дальнейшему определению по результатам комплексной оптимизации развития генерирующих мощностей и системы транспорта электроэнергии и транспорта энергоресурсов из Сибири в европейскую часть страны.

Для передачи мощности от крупных электростанций и энергокомплексов (КАТЭК, Туруханская ГЭС, Южно-Якутский гидроэнергетический узел и др.), усиления межсистемных связей ЕЭС России, обеспечения взаимовыгодной торговли электроэнергией с зарубежными странами (Европа, Центральная Азия, Северо-Восточная Азия) в дополнение к развитию сети переменного тока высших классов напряжений будут использованы передачи и вставки постоянного тока напряжением 800 - 1500 кВ.

Сеть 750 кВ будет развиваться в европейской части ЕЭС России для усиления межсистемных связей между ОЭС Северо-Запада и Центра, обеспечения надежности выдачи мощности АЭС, находящихся в этой зоне, повышения надежности системообразующей сети и надежности энергоснабжения потребителей центрального энергоузла и, прежде всего, Московской, Смоленской и Тверской энергосистем, а также для возможности усиления связей с Беларусью и Украиной.

Линии электропередачи 500 кВ будут использованы для усиления основных связей в ОЭС Юга, Дентра, Средней Волги, Урала, Сибири, развития межсистемных связей между объединенными энергосистемами ЕЭС России, а также для присоединения ОЭС Востока к ЕЭС России. Тем самым завершается формирование Единой энергосистемы России, что усиливает интегрирующую роль инфраструктуры электроэнергетики в развитии экономики страны.

Наряду с основной функцией сети 500 кВ как системообразующей, в перспективе сети 500 кВ будут все шире использоваться для внешнего электроснабжения городов. Такое направление в развитии сети 500 кВ позволит сократить развитие сети ПО и 220 кВ в этих регионах, поскольку при высокой плотности сети 500 кВ в целом ряде случаев будет оправдано сооружение глубоких вводов 500/220 - ПО кВ вместо сооружения протяженных питающих ВЛ 220 и ПО кВ. Это позволит уменьшить затраты в сетевое строительство за счет сокращения потребности в трансформаторной мощности, а также потери мощности и электроэнергии.

Сеть 330 кВ в рассматриваемой перспективе получит свое дальнейшее развитие и будет продолжать выполнять системообразующие функции в ряде энергосистем ОЭС Центра, Юга и Северо-Запада и обеспечивать выдачу мощности крупных электростанций. В ОЭС Юга, где нет линий электропередачи 750 кВ, получит развитие трансформация 500/330 кВ.

Наряду с формированием ЕЭС России на обжитой территории страны потребуется решение сложной технико-экономической задачи формирования и объединения энергосистем и энергоузлов в малообжитых, удаленных от основных энергетических центров, районах Восточной Сибири и Дальнего Востока. Для объединения этих энергоузлов и энергосистем и присоединения их к ЕЭС России наряду с линиями электропередачи переменного тока нужно рассматривать возможность использования линий электропередачи постоянного тока.

 Необходимо будет повысить управляемость электрических сетей за счет применения управляемых шунтирующих реакторов, тиристорных статических компенсаторов реактивной мощности, CTATKGM, фазоповоротных устройств, объединенных регуляторов перетока мощности, вставок постоянного тока, электромеханических преобразователей, накопителей энергии, автоматизированных подстанций, КРУЭ нового поколения, технологий автоматизированных переключений, интеллектуальных систем противоаварийного управления, ГИС-технологий. Применение этих устройств и технологий позволит повысить управляемость, пропускную способность электрической сети, улучшить качество электрической энергии, повысить надежность и экономичность работы электрических сетей в целом. Особые перспективы применения управляемых устройств в электрических сетях связаны с появлением мощных полупроводниковых устройств нового поколения, микропроцессорных устройств. Должны быть решены задачи полной наблюдаемости ЕЭС и управления электрическими режимами в реальном времени.

В перспективе найдут применение сверхпроводниковые устройства, в первую очередь, кабели, накопители, токоограничивающие устройства.

Стратегия взаимодействия России с энергообъединениями стран ближнего и дальнего зарубежья должна формироваться с учетом масштабов и принципов участия ЕЭС России в формировании общеевропейского электроэнергетического рынка, целесообразности активизации энергетической политики в восточном геополитическом направлении, роли ЕЭС России в формирующемся Евро-Азиатском энергообъединении. Первоочередной задачей здесь является решение вопроса полного использования существующих 11 линий электропередачи напряжением 220 - 750 кВ между странами СНГ и Восточной Европы.

Для повышения эффективности энергетического сотрудничества России с зарубежными странами необходимо, чтобы варианты развития электрических связей со странами ближнего и дальнего зарубежья рассматривались совместно с вариантами развития систем транспорта первичных энергоресурсов и чтобы в целом определялись наиболее рациональные соотношения между транспортом электроэнергии и первичных энергоресурсов, а выгоды от реализации такого решения распределялись между различными субъектами хозяйствования, а также использовались бы для нужд государства.

Для реализации преимуществ совместной работы энергосистем и увеличения экспорта электроэнергии из России в период до 2030 г. стратегия предусматривает следующие условия взаимодействия ЕЭС России с энергосистемами соседних стран:

с энергосистемами стран СНГ - сохранение параллельной работы по существующим и новым связям переменного тока;

со странами Балтии - сохранение параллельной работы по крайней мере в ближней перспективе (до 2010 г.), а возможно и позднее, в зависимости от интеграционных процессов ЕЭС России с UCTE и NORDEL;

с объединением энергосистем северных стран NORDEL - сохранение совместной работы, в том числе через существующие и новые связи постоянного тока (ВПТ, ППТ);

с энергообъединениями стран Западной и Центральной Европы: переход на совместную работу с UCTE-CENTREL, в том числе по существующим ВЛ 220 - 750 кВ между странами СНГ и Восточной Европы; сооружение в перспективе многоподстанционной ППТ ±500 кВ Россия - Белоруссия -Польша - Германия;

с энергосистемами азиатских стран: с Монголией - синхронная работа с ОЭС Сибири; с Китаем - передача электроэнергии и мощности из ОЭС Сибири и Востока по линиям 110 - 220 - 500 кВ в выделенные энергорайоны, а в перспективе -связь по передачам постоянного тока из ОЭС Сибири для организации совместной работы энергосистем Китая и ЕЭС России; с Ираном и Турцией -передача электроэнергии в выделенные районы через энергосистемы Азербайджана и Грузии.

В связи с развитием интеграционных процессов могут быть созданы условия для реализации международных электроэнергетических мегапроектов с участием энергокомпаний стран бассейнов Балтийского, Черного и Японского морей.

Усиление межсистемных связей между объединенными энергосистемами ЕЭС России, а также реализация международных проектов развития межсистемных линий электропередачи позволит приступить к формированию протяженной цепи: Япония - Китай - Сибирь -Казахстан - европейская часть России - другие страны СНГ - Европа и может явиться важным этапом в создании Евро-Азиатского суперэнергообъединения как одной из мощных и существенно развитых частей мировой энергосистемы.

Обеспечение экологических требований. Стратегия развития электроэнергетики России на период до 2030 г. предусматривает в конце рассматриваемого периода выход электроэнергетики с точки зрения экологии на уровень развитых стран мира. Учет и выполнение экологических ограничений достигаются с помощью комплекса общесистемных и объектных природоохранных мероприятий, которые дополняют друг друга, обеспечивая наибольший экологический эффект. Все электростанции на газе имеют необходимый комплекс технологических методов снижения выбросов оксидов азота и в необходимых случаях системы очистки уходящих газов от оксидов азота. Станции, сжигающие твердое топливо, будут оборудованы современными золоуловителями со степенью очистки дымовых газов 99,3 - 99,7%, в том числе электрофильтрами с применением систем периодического встряхивания электродов, знакопеременным питанием, рукавными фильтрами и эмульгаторами.