Потенциал и приоритетные направления развития ГАЭС в Беларуси

Обеспечение надежного и гибкого регулирования нагрузок становится ключевым элементом устойчивого функционирования объединенной энергосистемы. Одним из наиболее перспективных решений в данной области выступает строительство гидроаккумулирующей электростанции (ГАЭС), как инструмента оперативного маневрирования и стратегического резерва мощности. 

ЭНЭКА, выступила в проекте в качестве технического консультанта по проекту, реализуемому при поддержке Международной финансовой корпорации (IFC), Министерства энергетики Республики Беларусь и АО «Тяжмаш» (Россия).

Целью работы является всесторонний анализ условий для развития проекта ГАЭС в Республике Беларусь, выбор приоритетной площадки и оценка ее потенциала с учетом текущего и прогнозируемого состояния энергосистемы.

Исследование состоит из следующих разделов:

Обзор данных по электроснабжению и спросу в Республике Беларусь

Согласно данным РУП «ОДУ», фактическая максимальная нагрузка энергосистемы ОЭС Беларуси на конец 2017 года (20.12.2017) составила 5779 МВт.

По данным отраслевой программы развития электроэнергетики на 2016-2020 годы, с корреляцией по данным за 2017 и 2018 годы, прогнозные значения максимальной нагрузки на энергосистему к концу 2020 года должны составить порядка 5930-5940, рисунок 1.1.

В соответствии с прогнозом, потребление электроэнергии в 2020 году составит 38,3 млрд. кВт·ч. Прогноз максимальной нагрузки был составлен исходя из фактического удельного прироста мощности на 1 млрд. кВт·ч прироста электропотребления за 2016 – 2018 годы.

Современный суточный график электрической нагрузки Белоруской объединённой энергосистемы (БелОЭС) приведён на рисунке 1.2.

График построен на основании характерного суточного графика БелОЭС за 2010 год, опубликованного в журнале «Энергия и Менеджмент» №1 (64) январь-февраль 2012), с учетом корреляции максимальной нагрузки энергосистемы к концу 2017 года до 5779 МВт

Коэффициент неравномерности электрической нагрузки (отношение минимальной нагрузки к максимальной, Nmin/Nmax) в отопительный период варьируется от 0,71 до 0,74, а в межотопительный период – от 0,64 до 0,68. Другими словами, ночной провал потребления электроэнергии в отопительный период составляет 26-29 [БВН1] % (от максимума), а в межотопительный доходит до 36 [БВН2] %, что является очень высоким показателем и требует серьёзных компенсационных мероприятий.

Во всем мире последние 20-25 лет гидроаккумулирование энергично развивается, ГАЭС получили широкое распространение, в особенности в странах с развитой атомной энергетикой, рисунок 1.3.

К примеру:

• в Японии (энергосистема которой является одной из самых гибких в мире) установленная мощность ГАЭС составляет 21714 МВт, что составляет 51,8% от установленной мощности атомных электростанций 41888 МВт;

• установленная мощность ГАЭС в США составляет 21601,5 МВт, это около 21% от установленной мощности атомных электростанций 103 860,4 МВт;

• во Франции за счет системы ГЭС-ГАЭС покрывается суточное изменение нагрузки до 15%. Для страны, доля атома в генерации энергии которой (суммарной мощностью 63130 МВт, на 03.2018) достигает около 75%, включение в энергетическую систему ГАЭС (более 5000 МВт) было жизненно важным решением, которое позволило Франции снизить необходимость маневренного режима на атомных станциях;

• стоит отметить опыт Китая, в котором за последние 6 лет было построено и введено в эксплуатацию 22000 МВт ГАЭС (что вызвано строительством 20 новых атомных блоков и планами по внедрению ещё 30), что составляет 37,5% от установленной мощности АЭС страны 58704 МВт;

• в соседних странах можно выделить несколько крупных ГАЭС: Днестровская (Украина) мощностью 972 МВт, Круонисская (Литва) мощностью 900 МВт, Жарновец (Польша) мощностью 680 МВт, Киевская (Украина) мощностью 235,5 МВт.

Необходимость внедрения ГАЭС в энергетическую систему Беларуси обусловлена стремлением к повышению гибкости и эффективности регулирования потребления электроэнергии, особенно с учетом ввода в эксплуатацию Белорусской АЭС. Согласно Национальной стратегии устойчивого социально-экономического развития Республики Беларусь на период до 2030 года, особое внимание уделяется развитию ТЭК и модернизации существующих энергетических объектов.

Удельные показатели по стоимости строительства ГАЭС, ЭК и КЭС сведены в диаграмму и показаны на рисунке 1.4.

Удельная стоимость компенсационных мероприятий по принятой на существующий момент в РБ схеме (ЭК+ГТЭС) составит приблизительно 1420 евро/кВт, в то время как удельная стоимость ГАЭС – около 1500-1900 евро/кВт (на примере Гродненской ГАЭС, затраты могут составить приблизительно 1500 евро/кВт, так как уже имеется нижнее водохранилище от Гродненской ГЭС).

Таким образом, удельная стоимость реализации ГАЭС соизмерима со стоимостью компенсационных мероприятий, рассматриваемых в настоящее время (ЭК+ГТЭС). Кроме того, по предварительным расчётам, предельная стоимость продажи пиковой электроэнергии (LCOE) от ГАЭС составляет порядка 0,164 евро/кВт ч, в то время как аналогичный показатель для ЭК+ГТЭС – 0,193 евро/кВт ч (в расчетах было принято, что покупка электроэнергии в часы минимальных нагрузок составляет 0,073 евро/кВт ч).

Для выбора площадки размещения ГАЭС были сгруппированы основные критерии по факторам, влияющим на технико-экономические и энергетические показатели ГАЭС:

• Природные (топографические условия – естественный перепад и уклоны рельефа, что создает напор, наличие искусственного или естественного нижнего водоема, близость нижнего водоема к верхнему, инженерно-геологические условия площадки ГАЭС, гидрометеорологические условия и др.);

• Энергетические (установленная мощность в турбинном режиме, годовая выработка электроэнергии, годовое потребление электроэнергии);

• Инфраструктурно-транспортные (близость к АЭС, к потребителю, к действующей ЛЭП, к существующим автодорогам, возможность использования ж/д или речного транспорта);

• Хозяйственно-строительные (наличие вблизи ГАЭС удобной площадки для размещения строительной базы, близость к карьерам строительных материалов);

• Экологические (воздействие на зоны с особым использованием территории, влияние на растительность и животный мир, наземные экосистемы, возможное влияние на микроклимат и качество воды, трансграничное воздействие ГАЭС, возможный ущерб, наносимый инфраструктуре и др.);

• Социальные (наличие населенных пунктов в зоне строительства, использование местных трудовых ресурсов, влияние на социально-экономическое развитие территории строительства).

• Экономико-финансовые (стоимость и срок строительства);

Полученные матрицы парных сравнений для каждого уровня иерархии легли в основу расчета весовых коэффициентов элементов иерархии с точки зрения выбора цели (выбор площадки ГАЭС), которые вычисляются в МАИ на основе парных сравнений элементов каждого уровня относительно связанных с ними элементами вышерасположенного уровня.

Итоговые значения приоритетов альтернатив вычисляются на заключительном этапе метода, путем линейной свертки локальных НВП (нормализованный вектор приоритета) всех элементов. Лучшей считается альтернатива с максимальным значением приоритета. Из приведенных выше результатов наиболее высокое значение приоритета получила Гродненская ГАЭС.

В ходе исследования выполнено всесторонняя аналитическая работа, направленная на обоснование выбора приоритетной площадки для строительства гидроаккумулирующей электростанции (ГАЭС) в Республике Беларусь. Применяя системный подход, современные ГИС-технологии и метод анализа иерархий (МАИ), был проведен детальный анализ текущего состояния энергетической отрасли, динамики спроса и предложения электроэнергии, а также комплексная оценка технико-экономических характеристик потенциальных вариантов размещения станции.

Благодаря проведенному анализу и применению объективных методик ранжирования, ЭНЭКА обеспечила прозрачный и обоснованный выбор наиболее перспективного варианта строительства ГАЭС.