Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Наращивать генерацию или управлять нагрузкой? Анализ концепции московских энергетиков
Гуртовцев А.Л., к.т.н., ведущий научный сотрудник РУП "БЕЛТЭИ"
В 2005 представительным коллективом специалистов РАН, ОАО "Мосэнерго", ОАО РАО "ЕЭС России", ОАО "ФСК ЕЭС", ОАО "СО-ЦДУ ЕЭС", научных и проектных институтов и ряда структур Правительства г. Москвы была разработана "Концепция технического перевооружения энергетического хозяйства Московского региона", которая была одобрена в конце декабря 2005 г. на итоговом совещании у полномочного представителя Президента РФ в Центральном федеральном округе. Она должна стать основой Комплексного плана развития электроэнергетики Московского региона. Концепция является многостраничным документом, опубликованным на протяжении 2006 г. в журнале "Электрические станции"[1]. Ниже рассматриваются базовые характеристики Московской энергосистемы и анализируются ключевые положения Концепции, важные для стратегии модернизации любой энергосистемы.
Московская энергосистема
Замечание. Данные о Московской энергосистеме приведены по [1] и могут отличаться от состояния на текущий момент.
Московский регион включает в себя Московскую область (площадь 46 тыс. км2 - 0,27% территории России, население около 6,6 млн чел., или 4,5% всех россиян, плотность расселения в 16 раз выше, чем средняя по стране) и Москву (площадь около 1тыс. км2, жителей 8,7 млн чел., или 6% населения страны). Энергоснабжение региона осуществляется от 23 региональных электростанций и 21 блок-станций с суммарной установленной мощностью около 15,1 ГВт (6,8% всей российской установленной мощности), а также частично от электростанций объединенной энергосистемы Центра (ОЭС Центра), в которую входит Московская энергосистема. По мнению авторов документа "Московская энергосистема является самой мощной в мире энергосистемой, обеспечивающей комбинированное производство электроэнергии и тепла и покрытие соответствующих нагрузок крупнейшего мегаполиса, расположенного в холодных климатических условиях".
При реструктуризации РАО "ЕЭС России" 18 электростанций из вышеуказанных 23 вошли в состав территориальной генерирующей компании (ТГК-3) ОАО "Мосэнерго", Загорская ГАЭС-1 (ЗаГАЭС-1) - в состав ГидроОГК, а остальные четыре - в состав различных ОГК (оптовых генерирующих компаний). Важной особенностью энергоснабжения Москвы является высокоцентрализованное комбинированное производство и потребление тепла и электроэнергии. Суммарная тепловая и электрическая мощность Московских ТЭЦ составляет 53,6 ГВт, причем степень централизации оборота электроэнергии достигает 100%, а оборота теплоэнергии - 75%. В связи с многолетним отставанием в Московской энергосистеме ввода новых мощностей образовался дефицит собственной активной мощности порядка 1,8 ГВт, который покрывается электростанциями ОЭС Центра через сеть напряжением 500 кВ, образующую кольцо вокруг Москвы. Это кольцо является схемой выдачи мощности для большинства крупных электростанций Мосэнерго и одновременно оно служит системообразующей сетью как для Мосэнерго и ОЭС Центра, так и для ЕЭС России, выполняя транзитные функции между ее частями.
Генерация в Московской энергосистеме распределена на восьми электростанциях мощностью свыше 1000 МВт каждая, трех - от 500 до 1000 МВт, семи - от 100 до 500 МВт и пяти - до 100 МВт. Доля электростанций мощностью до 100 МВт составляет всего около 3%. Блок- станции имеют суммарную мощность 339 МВт (чуть более 2%). Режим работы ТЭЦ Московской энергосистемы в зимний период носит базовый характер с ограниченной маневренностью из-за необходимости покрытия тепловой нагрузки. Высокой маневренностью обладает лишь ЗаГАЭС-1, имеющая 6 гидроагрегатов с суммарной установленной мощностью в генераторном режиме 1200 МВт.
Структура, объемы и графики электропотребления
В Московском регионе насчитывается по числу точек коммерческого учета более 5,6 млн. потребителей электроэнергии, из них в Москве свыше 3,8 млн и по области около 1,8 млн. Общее электропотребление в регионе, включая полезный отпуск и потери в электрических сетях, а также собственные нужды электростанций, составило в 2004 г. 80,14 млрд. кВт-ч (без учета заряда ЗаГАЭС-1). Оно превысило уровень 1990 г. на 9,2% за счет роста в строительстве (76,9%), промышленности (25,3%), пищевой отрасли (34,8%), на транспорте (21,3%), в сфере быта и услуг (13,4%), а также за счет увеличения в 1,9 раза потерь в сетях. За 2001-2004 гг. рост потерь в сетях превысил 10%, причем абсолютные и относительные потери в сетях Московской области в 1,5-1,6 раза оказались выше соответствующих показателей Москвы, что, по мнению авторов документа, "искажает истинную динамику роста электропотребления в Московском регионе и требует проведения неотложных мер по снижению как технологических, так и коммерческих потерь в электрических сетях всех напряжений".
Несмотря на рост электропотребления в отдельных отраслях промышленности, его спад в машиностроении и химии (в 2 раза) и легкой промышленности (в 6 раз) привел к снижению общей доли промышленности в полезном отпуске почти в 1,5 раза - с 37,74% в 1990 г. до 25,62% в 2004 г. Полезный отпуск в 2004 г. лишь достигнул уровня 1990 г., составив 60,97 млрд. кВт-ч, в том числе в быту и сфере коммунальных услуг - 40,29%, на транспорте - 6,54%, в строительстве - 1,83% и в сельском хозяйстве - 1,81%. Изменение структуры электропотребления в сторону увеличения нагрузки быта и сферы услуг (в 1990 г. она составляла 32,56%) существенно осложнило, как отмечают авторы Концепции, управление потреблением, особенно в аварийных условиях. Доля коммунально-бытовой нагрузки (комбыта) в Москве почти в 1,5 раза выше, а промышленности в 1,7 раза ниже, чем в Московской области, куда переносится ряд производств из Москвы. В перспективе эти различия будут только усиливаться.
Последние годы в Московской энергосистеме зимний суточный график электрической нагрузки содержит большой ночной провал и явно выраженный вечерний максимум (более 500 МВт относительно дневной нагрузки). Так, например, типичный график января 2005 г. имел ночной минимум 9,09 ГВт и вечерний максимум 14,72 ГВт (коэффициент неравномерности графика составил 0,62, но за счет ночного потребления в насосном режиме ЗаГАЭС-1 ночной провал уменьшился до 10,2 ГВт, снизив неравномерность графика до 0,69). Увеличение доли комбыта в общем электропотреблении привело к разуплотнению графика нагрузки и снижению числа часов использования годового максимума. Так в 2003 г. максимальная нагрузка в энергосистеме составила 13,8 ГВт, а годовое число часов использования максимальной нагрузки - 5554 ч, или 63%. Для сравнения, в ОЭС Центра использование годового максимума 38,7 ГВт составило в 2003 г. 6111 ч (69%), т.е. график за счет использования большего количества часов установленной мощности АЭС Центра оказался плотнее. По мнению авторов документа, "проведение мероприятий по уплотнению и оптимизации суточного графика нагрузки в Москве и Московской области позволит снизить максимум нагрузки и повысить число часов использования установленной мощности электростанций".
Проблемы, поднятые Концепцией
Необходимость разработки Концепции возникла в связи с быстрым ростом нагрузок в Московском регионе, возникновением дефицита мощности и снижением надежности снабжения потребителей электрической и тепловой энергией (авария мая 2005 года подтвердила это лишний раз). Действительно, для региона с населением в 10,5% от всероссийского, но с установленной электрической мощностью энергосистемы всего в 6,8% от общей мощности электростанций страны, региональный дефицит очевиден.
Концепция выявляет проблемы развития генерации, электрических сетей, систем противоаварийного управления и систем оперативно-диспетчерского управление, а также предлагает на основе соблюдения принципов сбалансированности, необходимого резерва мощности и регулировочного диапазона их поэтапное решения на период до 2020 г. В документе поднимаются вопросы создания соответствующего финансового, организационного, нормативно-правового, методического и другого обеспечения для решения комплекса задач технического перевооружения энергетического хозяйства Московского региона. Но к концептуальным проблемам документа его авторы относят в первую очередь "прогноз темпов роста и структуры потребления электрической и тепловой энергии и мощности, управление спросом и энергосбережение, обеспечение балансовой и режимной надежности Московской энергосистемы, анализ сбалансированного и несбалансированного (с покрытием дефицита мощности извне) вариантов ее развития", а также стратегию ввода новых и техническое перевооружение действующих электростанций с выбором перспективной структуры генерирующих мощностей.
Остановимся подробнее на вопросах прогнозирования нагрузки, управления спросом, энергосбережения и активного наращивания новых генерирующих мощностей в регионе. Рост генерирующих мощностей требуется, по мнению авторов документа, "для эффективного и надежного покрытия электрических и тепловых нагрузок Московского региона на период до 2020 г.". Прогнозное увеличение энерговооруженности должно составить к 2020 г. в промышленности Москвы 23,0, в ЖСК - 26,5, населения - 6,19 тыс. кВт-ч/чел. в год, обеспечив тем самым более чем пятикратный, по отношению к 2000 г., рост валового регионального продукта в Москве (но лишь с 15% -ной долей промышленности) и Московской области. При этом предусматривается стабилизация численности населения Москвы на уровне 8,2-9,0 (по другим данным 11-12), а Московской области - 7 млн. чел. Суммарный годовой расход всех энергоресурсов планируется на уровне более 40 млн. т у.т. для Москвы и 30 млн. т у.т. для области с экономически обоснованным потенциалом энергосбережения в 10-15 млн. т у.т. по Москве.
Существующий дефицит баланса в Московской энергосистеме собственной активной мощности (в максимум 2004-2005гг. он составил около 1800 МВт) и его нарастание в перспективе до 3000 МВт (из-за сокращения избыточной мощности ОЭС Центра, использующейся для покрытия этого дефицита), по мнению авторов Концепции, существенно снижает системную надежность региональной энергосистемы. "Резкое отставание вводов мощности от темпов роста электропотребления (по мощности)" рассматривается ими как одна из основных причин системной аварии 25 мая 2005 г., нарушившей энергоснабжение Московского региона.
Концепция рассматривает несколько вариантов роста электропотребления в регионе, выбрав в качестве конечного "оптимистический" вариант его увеличения с 84,64 в 2005 г. до 140,44 млрд. кВт-ч в 2020 г., т.е. с ростом в 1,6 раза. Исходя из среднегодового темпа роста максимумов электропотребления по мощности, принято в качестве основы для расчета максимумов нагрузки значение 4,1%. При этом прогнозные электрические нагрузки Московского региона могут возрасти к 2010 г. до 21 ГВт, а к 2020 г. - до 27,8 ГВт. В этих оценках учтена и дополнительная мощность (до 10% общей), используемая частью населения (в коттеджах, системе киосков, палаточной торговли и услуг) на цели электрообогрева в период низких температур наружного воздуха.
Авторы документа полагают, что, хотя обоснование темпов роста нагрузок в период до 2020 г. требует дополнительных исследований и уточнений, но уже сейчас должна быть разработана программа и проводиться в жизнь "политика управления спросом и политика энергосбережения". По их мнению, "важнейшим условием обеспечения надежного энергоснабжения потребителей является их управляемость, под которой в условиях рынка и при централизованном электро- и теплоснабжении следует понимать способность системы дифференцированно воздействовать на потребителей в нормальных условиях экономическими, а в аварийных - принудительными мерами с целью приведения их электропотребления в соответствие с возможностями энергосистемы в различные часы суточного графика нагрузок". Управляемость актуальна прежде всего для Москвы и других городов, поскольку "возможность управлять нагрузкой потребителей позволила бы повысить живучесть энергосистемы, развязать взаимозависимость электро- и теплоснабжения в условиях ограничения или потери последнего в период отрицательных температур".
В Концепции приводится, как пример эффективного управления спросом, система Telegestore, используемая в Италии компанией Enel для построения автоматизированной системы дистанционного считывания данных и управления параметрами потребления электроэнергии в сети 0,4 кВ. Эта система охватила своим действием уже более 30 млн. потребителей. Отмечается, что этот опыт целесообразно использовать и в Мосэнерго. Авторы документа полагают, что "при сохранении высоких темпов экономического роста Московского региона за счет внедрения энергосберегающих технологий темпы прироста электрических нагрузок могут и должны снижаться".
В документе рассматривается несколько вариантов повышения балансовой и режимной надежности энергосистемы при ее сбалансированности и несбалансированности по мощности (с внешним покрытием дефицита): а) вариант с бездефицитным покрытием абсолютного максимума нагрузки, включая 13%-ный нормативный резерв мощности, б) вариант сбалансированного покрытия абсолютного максимума нагрузки, но с размещением резерва за пределами Московской энергосистемы, в) вариант несбалансированного в пределах региональной энергосистемы покрытия абсолютного максимума с компенсацией дефицита и получения резерва от электростанций ОЭС Центра (существующий вариант). Отмечается, что последний вариант реален лишь в условиях опережающего ввода мощностей в ОЭС Центра, прежде всего на АЭС, с одновременным вводом маневренных мощностей, в первую очередь на ГАЭС (за счет строительства ЗаГАЭС-2 мощностью 0,8-1,0 ГВт), а также при соответствующем развитии электрических сетей. Предпочтение же отдается авторами Концепции автономному первому варианту. С учетом 13%-ного резерва к уровню нагрузки 2020 г. (27,8 ГВт) располагаемая мощность электростанций региона должна составить 31,4 ГВт, т.е. более чем удвоиться.
Выбор автономного сбалансированного варианта развития Московской энергосистемы "диктует ускоренное наращивание мощности на электростанциях Московского региона". Считая, что фактический суточный график покрытия нагрузки Московского региона на январь 2005 г. неизменен, авторы документа распространяют его и на прогнозные годы, вплоть до 2020 г., констатируя: "В настоящее время и в перспективе ОЭС Центра не сможет принимать избыточную мощность Московской энергосистемы в ночные часы, если отсутствует зарядный режим ГАЭС, особенно в условиях предполагаемого наращивания мощностей АЭС. Для прохождения ночного минимума нагрузок и покрытия их пика необходимы удвоение мощности ГАЭС и мобилизация маневренных возможностей всех групп оборудования электростанций как в Московском регионе, так и в ОЭС Центра в целом... нет оснований считать, что в перспективе произойдет существенное изменение конфигурации суточного графика электропотребления в связи с его резким уплотнением или разуплотнением".
Критические замечания по Концепции
Концепция носит исключительно местный, региональный характер, хотя в отдельных авторских высказываниях типа, например, "Концепция позволяет незамедлительно приступить к разработке программы необходимых работ по техническому перевооружению энергохозяйства страны" или "техническое перевооружение и развитие энергетического хозяйства Москвы и Московской области на базе современных технологий, как будет показано, выходят за рамки собственно Московского региона и неизбежно затронут европейскую часть ЕЭС России, создавая предпосылки к следующему этапу высокотехнологического развития Российской электроэнергетики", проскальзывает понимание того, что, несмотря на всю свою уникальность, Московская энергосистема является пусть и важной, но только частью ЕЭС России.
Если на региональном уровне Концепция более или менее проработана с системных позиций, то с точки зрения экономики страны в целом к ней появляются глобальные вопросы. Сам собой напрашивается первый: "Насколько целесообразно на территории Московского региона, составляющей менее 0,3% территории страны, концентрировать в долгосрочной перспективе такое огромное количество населения и ресурсов, включая генерирующие мощности?" Ответ авторов документа был бы, видимо, следующим: "Целесообразно, так как эта концентрация населения сложилось исторически". Да, известно, что Россия начиналась с московского княжества, но она, думается, не должна им заканчиваться. В плане долгосрочного эффективного развития России и обеспечения ее национальной безопасности в условиях существующего нестабильного мира региональная сверхконцентрация населения и энергических структур становится уязвима со всех сторон: экологической, экономической и военной.
Не лучше ли изменить исторический вектор, направив его на разумное перераспределение населения и ресурсов по территории всей страны? Ведь можно создать подходящие экономические условия в других регионах России для целенаправленной миграции туда людей, в частности, из перенаселенного Московского региона? Уже сейчас, по данным опросов, более 15% жителей Москвы понимают, что этот город не самое подходящее место для здоровой жизни, и потенциально готовы уехать туда, где им предложили бы подходящие условия. Надо дать людям выбор, а не создавать в стране один сверхнасыщенный населением и ресурсами регион. В любом случае этот вопрос требует глубокой системной проработки на уровне более высоком, чем региональный, и в зависимости от его решения могут измениться очень многие положения и цифры Концепции.
Основные положения и выводы Концепции базируются на анализе ретроспективного энергопотребления в Москве и Московской области и прогнозных оценках его роста на период до 2020 г. Авторы констатируют: "Оценка темпов роста электропотребления и электрической нагрузки в Московском регионе на период до 2020 г. является ключевой задачей, поскольку эти показатели определяют всю стратегию дальнейшего развития Московской энергосистемы и обеспечения надежности энергоснабжения потребителей Московского региона". Согласно ретроспективе, электропотребление за 2001-2004 гг. выросло в регионе на 14%, но при этом "отставание вводов мощности от темпов роста электропотребления (по мощности) составило за 2001-2004 гг. в среднем более 4% в год". Относительно прогнозов в документе отмечается, что "в материалах Генеральных планов развития Москвы и Московской области на период до 2020 г. по ряду направлений приросты электрических и тепловых нагрузок определены экспертно и безвариантно и нуждаются в дальнейшем уточнении". С учетом этих и других дополнительных экспертных оценок авторы документа остановились на темпе роста полезного электропотребления 4,05%. Уточненный вариант прогноза темпа роста нагрузок по Московскому региону составил около 5% на 2005 год с постепенным снижением его до 2,5% к 2020 г.
Таким образом, в Московском регионе планируется по существу бесконечный во времени рост электропотребления и электрических нагрузок, что соответствует идее не интенсивного, а экстенсивного, с неограниченным потреблением невозобновляемых энергоресурсов (прежде всего газа), развитию общества. С этим как-то не вяжутся декларативные заверения авторов Концепции об энергосбережении. Если потребителю дать возможность потреблять энергии столько, сколько ему захочется, без всяких ограничений, это заведет страну в тупик (хотя отдельный регион и сможет до поры до времени жить безбедно за счет других частей страны). Такой бесперспективный вариант развития был осознан мировым сообществом еще в 70-х гг. прошлого века после серии нефтяных кризисов. Потребление всегда должно быть ограничено ради сбережения энергоресурсов (в том числе и для потомков) и создания у потребителей стимулов для оптимизации и снижения своих энергозатрат. Хотелось бы услышать от авторов документа ответ на вопрос: "Когда и на каком уровне должен остановиться рост электропотребления и электрических нагрузок в Москве и Московской области? Или он должен продолжаться в регионе до бесконечности?" Ответ на этот вопрос также требует глубокой системной проработки.
Авторы документа непоследовательны в своих оценках и выводах по вопросу управления спросом (нагрузкой потребителей). С одной стороны, они говорят о важности управления спросом на энергию "в нормальных условиях экономическими, а в аварийных - принудительными мерами", отмечают, что "проведение мероприятий по уплотнению и оптимизации суточного графика нагрузки в Москве и Московской области позволит снизить максимум нагрузки и повысить число часов использования установленной мощности электростанций", добавляя, что "возможность управлять нагрузкой потребителей позволила бы повысить живучесть энергосистемы". С другой стороны, они же утверждают, что "нет оснований считать, что в перспективе произойдет существенное изменение конфигурации суточного графика электропотребления в связи с его резким уплотнением или разуплотнением". На этой основе авторы Концепции используют суточный график нагрузки Московского региона января 2005 г. для его переноса без всякой деформации в 2010, 2015 и 2020 гг. и построения на этом шатком основании своих отдаленных прогнозов.
Хочется спросить: "Так будет или не будет проводиться реальная политика управления спросом?" По всей видимости в "нормальных условиях - экономическими мерами" точно не будет. Иначе, почему тарифы на энергию (а главная роль тарифов заключается в экономически разумном управлении спросом, в том числе и в стимулировании потребителей к переносу своей нагрузки на внепиковые участки суточного графика нагрузки энергосистемы) упоминаются в документе лишь однажды и то в контексте: "Обратиться в Правительство Российской Федерации с предложением: …О поддержке финансовых инструментов…для контролируемых государством акционерных обществ энергетики с целью минимизации роста тарифов…". Существующая же сегодня в России практика "фиктивного" тарифного регулирования электропотребления и электрической нагрузки, при которой тарифы на пиковую, полупиковую и ночную электроэнергию похожи как близнецы, лишь подтверждает приведенные опасения. И "минимизация роста тарифов" указана в документе, видимо, также для красного словца.
Таким образом, прежде чем проводить политику безудержного наращивания генерирующих мощностей в регионе, следовало бы до минимума сократить технологические и коммерческие потери в электросетях и по максимуму использовать существующие возможности местного управления спросом и электрическими нагрузками, основанными на эффективных тарифных системах и разумных ограничениях электропотребления (мощности). Критические замечания в адрес анализируемого документа можно было бы продолжить, но достаточно и сделанных. Концепция поднимает серьезные энергетические проблемы, важные не только для Московской энергосистемы, но и любой энергосистемы России или иного государства, дает ответы на многие вопросы регионального уровня, но вместе с тем ряд принципиальных и важных вопросов, связанных с обоснованностью предлагаемых региональных решений по росту электрической нагрузки и вводу новых генерирующих мощностей для ее покрытия, к сожалению, остаются открытыми.
Литература
1. Концепция технического перевооружения энергетического хозяйства Московского региона. -Электрические станции, 2006,№ 5,7,8,9,10.
Справка
Статья опубликована в журналах:
Энергетика и ТЭК, №6, 2007 (Беларусь)
Электрические сети и системы, №5,2007 (Украина)
Электро, № 2,2007 (Россия)