План развития ОЭС Украины на ближайшие десять лет: попытка системного анализа, часть 1

15 мая на сайте Укрэнерго появился проект документа под названием «План развития объединенной энергетической системы Украины на ближайшие десять лет» в редакции от 24 декабря 2014 г. Скачать документ со всеми приложениями можно по ссылке (http://www.ukrenergo.energy.gov.ua/Pages/ua/DetailsNew.aspx?nID=363).

К сожалению, в российском и пророссийском сегментах интернета отношение ко всему, что связано с Украиной носит характер уныло-предвзятый; люди заведомо считают, что у хохлов страна 404, и разбираться в ситуации можно только с точки зрения того, будут ли дефолт и крах государственности через месяц, или все же «зимой». Мы же, напротив, с самого начала призывали к серьезному и объективному анализу ситуации, без попыток подогнать действительность под желаемый результат. Подобно тому, как прошлой осенью некоторые эксперты, в том числе с неплохой репутацией, рассказывали про то, как Украины замерзнет зимой, а нестандартное топливо для АЭС приведет к массовым авариям. С этих позиций и начнем.

Сам документ состоит из пяти разделов и восьми приложений. Во многом, в нем рассматриваются вопросы, связанные с инвестициями и денежными потоками, в них мы, разумеется, не разбираемся. Однако в части технической, нам есть, что сказать, тем более, что многие вопросы, рассмотренные в плане, перекликаются с областью наших интересов.

После необходимой вводной части, которая обосновывает разработку плана и содержит все необходимые заклинания, в том числе о том, что ОЭС Украины должна быть ассоциирована с европейскими энергосистемами, авторы переходят к описанию ОЭС. В частности, в отчете дается полная установленная мощность генерации, равная 54,7 ГВт. В свое время, мы пытались оценить эту величину «колхозным» путем суммирования установленных мощностей отдельных электростанций (http://voicesevas.ru/yugo-vostok/3926-sistemnaya-avariya-v-oes-ukrainy-kak-provokaciya-nacistov.html). Полученное значение равнялось примерно 55 ГВт (http://aftershock.news/?q=node/259868), что показало неплохое схождение с данными плана. С другой стороны, указанная величина в 55 ГВт воспринималась нами, как оценка снизу, так как при подсчете мы не учитывали мелкую генерацию вроде солнечной, ветряной энергетики (примерно 50 МВт мощности по факту, около 1 тыс. МВт по бумагам), а также собственную генерацию промышленных производств. Косвенно это может служить показателем того, что по отдельным единицам генерации в реестре Укрэнерго имеются какие-то ограничения.
 

Подразделение генерирующих мощностей в плане проводится по генерирующим компаниям и типам генерации. Так крупные тепловые электростанции распределены между пятью компаниями: Днепрэнерго, Донбассэнерго, Цетрэнерго, Востокэнерго, Западэнерго, (всего 14 станций) а, кроме того, три ТЭЦ: Харьковская-5, Киевская-5,6 – выделены отдельно.  Общее число энергоблоков на ТЭС всех типов составляет 106 единиц, в том числе по типоразмерам номинальной конденсационной мощности: 120 МВт – 4 штуки, 150 МВт – 6 штук, 200 МВт – 42 штуки, 300 МВт – 47 штук (в том числе, 5 штук – теплофикационные турбины Т-250/300-240 на ТЭЦ), 800 МВт – 7 штук.

Атомные станции, в количестве четырех единиц, объединены в структуру «Энергоатом», и включают в свой состав 15 реакторов, из которых 13 – работают в блоках 1000 МВт и два (Хмельницкая АЭС) – 420 МВт (установленная мощность одного из них имеет ограничение и составляет 415 МВт). Также совместно с Южно-Украинской АЭС эксплуатируется в рамках одного комплекса маломощная Ташлыкская ГАЭС.

Украинские ГЭС объединены в составе Укргидроэнерго и насчитывают 101 единицу генерации на реках Днепр и Днестр. В отчете не дается значение общей установленной мощности этого оборудования, однако ранее мы таким же «колхозным» способом насчитали 5,6 ГВт. На практике, этим летом выдаваемая мощность ограничивается величиной 2-2,5 ГВт.

Распределение установленной мощности по видам генерации следующее: 62,8 % (34378 МВт) – ТЭС, 25,3 % (13835 МВт) – АЭС, 9,9 % (5424,9 МВт) – ГЭС, 2,0 % (1072,5 МВт) ¬– альтернативная энергетика. Надо сказать, что фактические данные по выдаваемой мощности в июне резко отличаются от представленной картины, а именно: выработка ТЭС – 35-40 %, АЭС – 45-50 %, ГЭС –15-20 %. Этот эффект мы неоднократно обсуждали ранее, а пока просто зафиксируем, как факт: фактическая доля выработки АЭС в общем балансе генерации намного выше доли в общей установленной мощности.

Что касается сетевого комплекса, то в его состав входят магистральные и межгосударственные сети напряжением 35-800 кВ (насчет типоразмера напряжения 800 кВ есть большие сомнения), а также распределительные сети напряжением 0,4-150 кВ. Количество подстанций и трансформаторных станций по сетям первого типа составляет 137 штук, общей трансформаторной мощностью 78,6 ГВА, второго типа – более 200 тысяч штук. Общая протяженность сетей составляет по первому типу 23 тыс. км, в том числе: 4,9 тыс. ¬– напряжением 400-800 кВ, 13,4 тыс. км – 330 кВ, 4,0 тыс. км – 220 кВ, 0,7 тыс. км – 35-110 кВ. По второму типу общая длинна сетей составляет около миллиона км.
 

ОЭС Украины работает параллельно с двумя российскими ОЭС – Центра и Северного Кавказа, энергосистемами Молдавии и Белоруссии. Кроме того, в составе ОЭС имеется «Бурштынский остров», состоящий из части оборудования Бурштынской ГРЭС, Калушской ТЭЦ и Теребле-Рикской ГАЭС, который работает изолировано от ОЭС на энергосистему Восточной Европы. Перетоки с иными государствами осуществляются по линиям 110-750 кВ (в действительности, перетоки с Молдовой осуществляются и по линиям 6-35 кВ).

В целом, описательная часть характеризуется следующим выводом: по состоянию на конец 2014 года большая часть генерирующего оборудования и магистральных сетей изношена и неэффективна. В частности указывается на следующие проблемы:

83 % энергоблоков ТЭС выработали более 200 тыс. часов (подробнее об остаточном ресурсе теплового оборудования можно прочесть по ссылке: http://www.e-m.ru/er/2004-10/22600/) и требует модернизации, либо замены (справедливости ради, эта проблема отчасти решалась до нацистского переворота в феврале 2014 г., например, успешно была проведена реконструкция блока №3 Криворожской ГРЭС, блока №3 Запорожской ГРЭС)

сроки эксплуатации энергоблоков АЭС приближаются к проектным, более 70 % блоков в ближайшие 10 лет потребует продления срока эксплуатации против проектного значения (к любимым страшилкам про то, как хохлы перегрузят зимой старые АЭС, засунут туда квадратные сборки вместо шестигранных и устроят всеобщий кошмар – это отношения не имеет)

баланс мощности характеризуется дефицитом маневренных и регулирующих мощностей, в частности, нехваткой ГЭС и ГАЭС, что вынуждает привлекать к регулированию нагрузки пылеугольное оборудование для того не предназначенное (это действительно архисерьезнейшая проблема, о чем мы писали ранее, http://aftershock.news/?q=node/303175)

более 90 % линий электропередач напряжением 220 кВ и выше и 55 % основного оборудования подстанций выработало расчетный технический ресурс (25 годов), а 56 % ЛЭП и 17 % подстанций эксплуатируются более 40 лет.
 

Кроме того, в плане указывается, что в ОЭС Украины в связи с недостатком пропускной способности схем выдачи мощности имеются проблемы с этой выдачей от трех АЭС – Запорожской, Ровненской и Хмельницкой (причем, это признание дорого стоит: до сих пор официально признавалось только ограничение Ровненской АЭС, по Запорожской оно обнаружилось недавно, и мы упоминали о нем, как о рабочей гипотезе, а о проблемах с выдачей мощности от Хмельницкой АЭС мне довелось услышать впервые). Также упоминаются такие факторы, как проблемы в передаче излишков электроэнергии с запада страны в центр и на восток, недостаточный уровень надежности электроснабжения Крыма (для Укрэнерго это Украина), Одесчины и Киевщины (а это уже игры разума высшего руководства, которое из репутационных соображений в 2000 году не только закрыло Чернобыльскую АЭС, но и выводит из эксплуатации местную подстанцию). И отдельно выделена такая серьезная проблема, как некомпенсированное  потребление реактивной мощности, и, как следствие, необеспечение потребного качества напряжения в Крымской, Центральной и Южной энергосистемах, а также в восточной и южной частях Донбасской энергосистемы (напомним, что именно такая проблема привела в 2005 году к московскому блэк-ауту, о чем можно  почитать в нашей статье по ссылке, http://aftershock.news/?q=node/310219).

Авторы планы разрабатывают его таким образом, чтобы решить в ближайшие 10 лет хотя бы частично указанные проблемы. При этом методология предлагается следующая. Сперва проанализирована топология генерации ОЭС, на основании чего выделены следующие факторы, вызвавшие указанные сложности:

значительная доля в общей генерации АЭС, работающих в базовом режиме

снижение маневренности твердотопливных блоков ТЭС из-за износа и старения оборудования, а также ухудшения качества топлива (в действительности же это оборудование изначально не должно было работать в режимах переменной нагрузки)

ускоренное развитие «зеленых» мощностей, почти в два раза за 2013-2014 гг. (даже относительно небольшая «зеленая» мощность, которая имеет стихийный и неупорядоченный характер, начинает заметно «раскачивать» энергосистему).

В данном случае, первые два фактора выделены абсолютно верно: ОЭС Украины, особенно зимой, когда нет возможности широко использовать ГЭС, из-за доминирования атомной и угольной энергетики, является крайне неманевренной, и с годами ситуация становится все хуже.

Далее авторы обращают внимания на те условия, которыми определяется характер суточных графиков нагрузки в ОЭС (подробнее о графиках нагрузки можно почитать здесь: http://aftershock.news/?q=node/306242). При этом постулируется зависимость от: неравномерности потребления электричества и межгосударственных перетоков в течение рабочего дня, структуры генерирующих мощностей (то, о чем мы уже говорили выше), маневренности генерации, пропускной способностью межгосударственных линий. Справедливо указывается, что графики суточного потребления крайне неравномерны и имеют тенденцию к дальнейшему разуплотнения (об этом мы тоже писали ранее), а само регулирование графика усложнено наличием АЭС и ТЭЦ, которые к регулированию привлекаться не могут.
 

В составе ОЭС имеются мощные маневренные газо-мазутные блоки 300 и 800 МВт, однако из-за высокой цены на газ они большую часть времени простаивают, либо работают на минимальной нагрузке. Этот тезис мы неоднократно разбирали на примере сравнения работы первой и второй очередей Запорожской ГРЭС (http://aftershock.news/?q=node/259868), где три блока 800 МВт второй очереди большую часть времени стоят в простое. Вообще, после первого фашистского переворота 2005 года топливный баланс в ОЭС резко изменился. До того момента большая часть даже угольных станций работала на дешевом газе, и ситуация была похожа на ситуацию в энергетике России (http://aftershock.news/?q=node/264259). Однако начавшиеся позднее «газовые войны» привели к резкому росту цен на газ, после чего станции начали переводиться обратно на уголь, что в некоторых случаях, например, на Приднепровской ГРЭС, привело к драматическим последствиям. Однако, к чести украинских специалистов, эта непростая задача была успешно решена. Оборотной стороной стало то, что газо-мазутная энергетика в Украине сейчас отсутствует, как класс.

Как бы то ни было, но основная тяжесть суточного регулирования сейчас легла на угольные блоки 150-200-300 МВт. Однако нижняя регулировочная граница их диапазона нагрузки составляет в настоящее мнение 75-80 % номинальной, против проектных 60-70 %, что связано, как уже говорилось,  со старением оборудования и ухудшением качества угля (кстати, принятая ранее «колхозная» оценка этой величины в 80-85 %, видимо, верна, http://aftershock.news/?q=node/303175). Следствием этого является необходимость практиковать ежедневные остановы 7-10 блоков на период ночного минимума нагрузок, что крайне нежелательно. Ситуация ухудшается в период паводков, когда ГЭС работают с фиксированной мощностью, и число останавливаемых блоков увеличивается.

В целом авторы плана делают промежуточный вывод о том, что «таким образом, с учетом обозначенных выше проблем, можно сделать вывод, что имеющиеся в энергосистеме источники генерации фактически находятся на стадии исчерпания физических возможностей для обеспечения суточного регулирования и рациональных режимов работы электростанций, поэтому в ближайшее время необходимо проведение их реконструкции, а также введение новых высокоманевренных мощностей». Надо сказать, что наша оценка близка к нему: «ОЭС Украины имеет ограниченный запас по располагаемой мощности, причем ограничение это связано не только с его значением, но и с количество единиц генерации в сети, следствием чего является не только нехватка резерва в целом, но вращающегося резерва в первую очередь» (http://aftershock.news/?q=node/303175).

Сделав этот вывод, авторы переходят к рассмотрению особенностей каждой из энергосистем, входящих в ОЭС. Напомним, что таковых восемь: Центральная, Северная, Донбасская, Днепровская, Южная, Юго-Западная и Западная (восьмая – Крымская – по понятным причинам в наш перечень не попала). Для понимания, ниже представлена карта ОЭС Украины, а в хорошем качестве ее можно скачать по ссылке, http://www.ukrenergo.energy.gov.ua/ukrenergo/document/116364/Карта%20ОЕС%20України.pdf.
 

По Днепровской – самой важной – энергосистеме обращается внимание на такую проблему, как недостаточная пропускная способность линии выдачи мощности Запорожской АЭС, что не позволяет полностью загружать все шесть ее блоков. Проблема может быть решена строительством линии ЗАЭС-Каховская, ввод в эксплуатацию которой был запланирован на 2015 год. С появлением этой линии возрастет надежность электроснабжения Николаевской и Херсонской областей.

Донбасская энергосистема является дефицитной и нуждается в перетоках мощности из Днепровской. Для повышения их надежности предлагается набор мероприятий связанный с реконструкцией подстанции Новодонбасская.

По Западной энергосистеме главной проблемой признается недостаточная пропускная способность схем выдачи мощности Ровненской и Хмельницкой АЭС из-за ограничений по линии Запад-Винница. Для решения вопроса предлагается достроить по еще советским проектам линии в сторону Восточной Европы и Киева, которых была прекращена еще в 1992 году.

По Южной энергосистеме указывается, что баланс мощности в ней определяется количеством работающих блоков на Южно-Украинской АЭС. Также указывается на небаланс реактивной мощности в этой энергосистеме (еще раз напомним, что именно по этой причине произошло массовое отключение потребителей в Москве в 2005 году, http://aftershock.news/?q=node/310219) и наличие изолированного региона Буджак. В целом проблему предлагается решать строительством магистральных линий высокого напряжения с привязкой к соседним энергосистемам. Характер работы Юго-Западной энергосистемы определяется Ладыжинской ГРЭС и Хмельницкой АЭС, а также Днестровскими ГЭС и ГАЭС. В целом система имеет положительный баланс, однако, как написано в плане «узким местом в работе Юго-Западной энергосистемы в режимах максимальных нагружений остается транзит 330 кВ Бурштынская ГРЭС – ПС Ивано-Франковская – ПС Черновицкая – ПС Каменец-Подольская – Днестровская ГЭС, особенно в ремонтных и послеаварийных режимах, когда не обеспечиваются минимальные запасы напряжения 110 кВ подстанций 330 кВ. Повышение надежности питания указанных подстанций ожидается за счет строительства высоковольтной линии 330 кВ ПС Тернопольская – ПС Черновицкая и линии 330 кВ ПС Западноукраинская – ПС Богородчаны».

Северная энергосистема является дефицитной, дефицит покрывается перетоками из Днепровской и Донбасской энергосистем, а также из ОЭС Центра России. Величина этого перетока определяется режимами работы Харьковской ТЭЦ-5 и Змиевской ГРЭС. В настоящее время вторая из этих станций периодически встает на полную консервацию из-за нехватки угля. Проблема региона увеличивается из-за постоянного роста энергопотребления в Харькове, следствием чего является перегрузка линии 110 кВ ПС Залютино – ПС Артема. Для ее решения предлагается построить новую ПС 330 кВ Слобожанская в северном районе Харькова.

Центральная система является дефицитной, причем дефицит мощности может достигать 2500 МВт. В отчете говориться, что этот дефицит определяется работой Киевских ТЭЦ-5,6 и Трипольской ГРЭС, работающей двумя-тремя блоками. Однако минувшей зимой, эта ГРЭС, входящая в один холдинг с уже знакомой нам Змиевской, также периодически отключалась из-за нехватки угля. Как и в случае Харькова, дополнительную нагрузку создает повышение электропотребления в Киеве. Рецепт решения предлагается такой же, как и для Южной энергосистемы: увеличение связности с Днепровской и Западной энергосистемами путем строительства дополнительных линий высокого напряжения.
 

Рассмотрев местные энергосистемы, авторы плана переходят к оценке ОЭС в целом. Здесь они делают следующий неочевидный вывод: «Анализ балансов мощности ОЭС Украины показывает, что имеющиеся генерирующие мощности могут обеспечить покрытие прогнозируемых годовых максимумов нагрузок… Для обеспечения прохождения режимов с аномально низкой температурой окружающей среды… имеется необходимость включения в работы газо-мазутных энергоблоков, что потребует поддержания их работоспособности во время пребывания в резерве». Вторая часть вывода для нас стала неожиданной – нам ранее казалось, что существующих угольных и атомных мощностей будет достаточно. Расчетные коэффициенты неравномерности по ОЭС (отношение минимальной суточной нагрузки к максимальной) составили 0,724 зимой и 0,736 летом, что близко к нашей оценке по 2015 году (http://aftershock.news/?q=node/306242).

Далее, авторы приводят расчет «горячего» (по российской градации «вращающегося») резерва, получая примерно 600-700 МВт, в отдельных случаях до 1000 МВт, что точно совпадает с нашим расчетом (http://aftershock.news/?q=node/306700). Приведенная цифра неизбежно означает самую серьезную системную аварию в ОЭС при отключении от нее любой из южных АЭС. Как бы то ни было,  авторы справедливо пишут, что решать проблему суточного регулирования мощности нужно не только введением новых мощностей, но и расширением регулировочного диапазона существующих, а также стимулированием потребителей к уплотнению графика потребления (введением двухставочных тарифов на ночное и дневное потребление).

Далее рассматриваются вопросы «узких мест» в ОЭС, приводящих к проблемам с транзитом электроэнергии между отдельными энергосистемами. Мест таких немало, однако, главной проблемой являются вопросы выдачи активной и реактивной мощности от АЭС, сказывающиеся на работе всей ОЭС. Указывается, что работа АЭС в базовом режиме, как по активной, так и по реактивной мощности, определяет уровни напряжения в контрольных точках западного, юго-западного и центрального регионов ОЭС, однако постепенно происходит старение генераторов, что сказывается на возможности вырабатывания им реактивной мощности. В результате остро стоит вопрос обеспечения требуемых уровней напряжения в энергосистеме. Так, по генераторам Ровненской и Хмельницкой АЭС выработка ими реактивной мощности сократилась в 1,6 раз против паспортных значений, по Южно-Украинской АЭС – в 2,6 раз. Последнее особенно неприятно, так как эта станция находится в середине ОЭС, и любые изменения в балансе мощности, как Южной энергосистемы, так и ОЭС в целом, сказываются на режиме работы электрических связей между АЭС и ОЭС. В качестве косметического решения предлагается использовать компенсирующие пристройки на АЭС или близлежащих подстанциях, однако это не решает проблемы обеспечения надежности работы непосредственно генераторов АЭС. Впервые, по крайней мере, для меня, как уже говорилось, в официальном документе указано на ограничения отпуска мощности от ЗАЭС. Эти ограничения составляют 5300 МВт в нормальном режиме и 4000 МВт в аварийном против 6000 МВт установленной мощности. Решение вопроса, как мы помним, заключается во вводе в эксплуатацию линии ЗАЭС – ПС Каховская.
 

Из важных проблем, помимо старения генераторов АЭС и недостаточной пропускной способностью схем выдачи мощности от них, также указывается рост энергопотребления в киевском регионе. Справедливо говориться, что одной из причин снижения надежности электроснабжения при росте потребления является ненадлежащий уровень эксплуатации ОРУ Чернобыльской АЭС (а также прекращение эксплуатации станции в целом, добавим мы от себя).

В целом, можно считать, что в этой части документ проработан на достаточно высоком, традиционном для технического руководства Укрэнерго, уровне. В документе указаны следующие основные проблемы, возникающие при эксплуатации ОЭС Украины:

изношенность, неэффективность и выработка ресурса значительной части генерирующего и сетевого оборудования

нехватка маневренных генерирующих мощностей

непропорционально большой вклад в общее производство электроэнергии АЭС

недостаточная пропускная способность линий выдачи мощности от Ровненской, Хмельницкой и Запорожской АЭС

нехватка генерации реактивной мощности от Южно-Украинской, Ровненской и Хмельницкой АЭС

опережающий рост электропотребления в Киеве и Харькове несоответствующий располагаемой в регионе генерации.

Во второй части работы мы поговорим о прогнозах развития ОЭС в целом, и предлагаемых путях ее развития, а также выскажем наше мнение о будущем украинской энергосистемы.