Мы продолжаем серию материалов о технологиях промышленного накопления энергии. В прошлый раз речь зашла о твердотельных аккумулирующих электростанциях (ТАЭС), а сегодня предлагаем сойти с земной тверди и окунуться в водную стихию. Каков ее потенциал с точки зрения накопления энергии, и почему ввод в эксплуатацию новых гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС) расширит возможности по управлению электроэнергетическим режимом Единой энергосистемы (ЕЭС) России?
Пытливый читатель сразу заподозрит родство между ГАЭС и ГЭС. И окажется прав! По сути, ГАЭС – это та же гидроэлектростанция. Однако в отличие от классических ГЭС, гидроаккумулирующая электростанция не только вырабатывает, но и накапливает энергию. Для этого она строится не на проточной воде, а в местах с большим перепадом высот для создания верхнего и нижнего бьефов (водохранилищ).
Ночью, когда энергопотребление падает, ГАЭС получает из энергосети дешёвую электроэнергию и расходует ее на перекачку воды в верхний бьеф. Когда же наступают утренние и вечерние пики нагрузки, станция работает как обычная ГЭС, превращая потенциальную энергию воды в электрическую, – и эта же вода накапливается в нижнем бьефе в ожидании ночи, когда она будет закачана обратно в верхний бьеф.
Напомним, что для нормальной работы энергосистемы требуется непрерывное поддержание баланса генерации и потребления, а значит – постоянное изменение режима работы прежде всего генерирующего оборудования.
При этом далеко не все типы электростанций обладают необходимой маневренностью для этого. К примеру, атомные и часть тепловых электростанций имеют низкую маневренность в силу особенностей их технологий и, как правило, работают «в базовом режиме», то есть с практически неизменяемой мощностью. А если кто-то меньше участвует в регулировании, то кто-то другой должен делать это и за себя, и за него. И ГАЭС – очень удачный вариант, ведь она может быть как производителем, так и потребителем электроэнергии.
В современных условиях востребованность ресурса регулирования, который дает ГАЭС, существенно возрастает, поскольку в мире становится всё больше возобновляемых источников энергии – преимущественно солнечных панелей и ветрогенераторов.
По данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии IRENA, совокупная установленная мощность объектов ВИЭ-генерации во всем мире увеличилась за последние 10 лет более чем в 2 раза.
Если в 2013 году этот показатель составлял почти 1,6 ТВт, то по состоянию на конец 2022 года он превысил 3,3 ТВт.
При наличии в энергосистеме большого объема генерации, работающей в базовом режиме, а также солнечных и ветровых станций, зависящих от капризов погоды, необходимы довольно крупные маневренные генерирующие мощности, чтобы избежать перерывов энергоснабжения и огромных скачков цен на электроэнергию.
Очевидно, что принцип работы ГАЭС обуславливает ее высокую маневренность и возможность достичь больших мощностей.
Установленная мощность ГАЭС может быть вполне сопоставима с мощностью атомных станций!
Например, у самой крупной в мире ГАЭС Фэннин, построенной в Китае в 2021 году, этот показатель равен 3,6 ГВт. То есть всего лишь одна электростанция дает в распоряжение диспетчеру огромный объем высокоманевренной мощности, которую можно практически сразу направить на поддержание баланса в энергосистеме!
ГАЭС Фэннин – далеко не единичная история, не «мега-проект», построенный ради рекордов. Совокупная установленная мощность ГАЭС по всему миру сегодня оценивается на уровне уже 165–190 ГВт. И за счет только одного Китая эта цифра может увеличиться почти вдвое. Так, Национальная энергетическая администрация КНР планирует ввести в эксплуатацию 62 ГВт мощности ГАЭС к 2025 году и 120 ГВт к 2030 году.
Данная технология промышленных систем накопления электроэнергии получает свое распространение не только в Поднебесной. К примеру, в Индии, третьем по величине производителе электроэнергии в мире, до 2030 года будет реализовано 11 проектов строительства ГАЭС суммарной мощностью 8,7 ГВт.
В нашей стране широкое внедрение гидроаккумулирующих электростанций планировалось еще в 1970-е годы.
Уже тогда, на фоне развития атомной и тепловой генерации, советские энергетики рассматривали вопрос уменьшения объемов участия ТЭС в суточном регулировании изменения потребления мощности. Первоначально в СССР должно было появиться шесть ГАЭС суммарной мощностью около 9 ГВт. Одновременно велись работы по созданию проектного задела еще по семи станциям на общую мощность 17 ГВт. Однако из этих грандиозных планов в границах Российской Федерации были реализованы лишь несколько проектов совокупной установленной мощностью порядка 1,35 ГВт или 0,55% от всей установленной мощности ЕЭС России.
При этом ГАЭС можно с уверенностью назвать оптимальным решением для российской энергосистемы.
Россия – огромная страна, и в ней легко можно найти требуемый рельеф с достаточным перепадом высот и наличием поблизости водоемов.
Очевидно, что здесь заключен колоссальный ресурсный потенциал и, соответственно, экономическая целесообразность развития технологии ГАЭС. Эффективность гидроаккумулирующих станций с точки зрения экономики выражается и в снижении потребности в привлечении ТЭС к регулированию изменения потребления мощности, а также сокращении их работы в предельных режимах. В свою очередь, это позитивно скажется на долговечности и эффективности использования генерирующего оборудования тепловых станций.
С недавних пор к теме ГАЭС вернулись на самом высоком уровне. Тему прорабатывала специальная рабочая группа Минэнерго России, в результате чего появилось понимание, где ГАЭС могут быть построены уже в ближайшие годы.
В Генеральную схему размещения объектов электроэнергетики до 2035 года внесены Ленинградская ГАЭС установленной мощностью 1170 МВт, Загорская ГАЭС-2 (840 МВт), Лабинская ГАЭС (600 МВт), Балаклавская ГАЭС (330 МВт).
На сегодняшний день ГАЭС является наиболее освоенной и экономически эффективной технологией промышленного накопления энергии. За 150 лет своего существования гидроаккумулирующие станции хорошо зарекомендовали себя в мировой практике как дополнительное, а в некоторых странах и основное, средство обеспечения баланса мощности энергосистемы. При этом целый ряд стран в своих национальных стратегиях обозначили цели по увеличению мощности ГАЭС.
Очевидно, что строительство гидроаккумулирующих станций в России способно обеспечить дополнительные возможности по управлению электроэнергетическим режимом Единой энергосистемы и повысить надежность ее работы.