Николай Лелюшкин
Источник: ОАО "Мосэнерго"
Одной из важнейших проблем систем энергоснабжения является неравномерность графика нагрузки. В дневные часы потребление электроэнергии достигает максимального уровня, а ночью имеется провал, при этом нагрузка падает до 60–70% от суточного максимума. Так, например, для Москвы максимальная потребляемая мощность составляет свыше 10 000 МВт (с 12 до 22 часов), а минимальная (в 4 часа) – около 7000 МВт.
Лучшим способом решения проблемы неравномерности графика нагрузки является аккумуляция излишков энергии, вырабатываемой во время ее ночного провала с последующим ее использованием во время максимума нагрузки. Существуют различные типы накопителей (аккумуляторов) энергии. В настоящее время в энергетике наибольшее распространение получили аккумуляторы, запасающие механическую энергию, тепловые аккумуляторы.
Для создания запасов механической энергии применяются воздушные аккумуляторы, ГАЭС (гидроаккумулирующие электростанции). Воздушные аккумуляторы используют избыточную энергию, вырабатываемую в ночное время для сжатия и хранения воздуха в воздухонепроницаемом подземном резервуаре или пещере. В США, например, эксплуатируется воздушный аккумулятор мощностью 110 МВт, что вполне сравнимо с мощностью энергоблоков современных ТЭЦ. Достаточно широкое распространение для выравнивания графика нагрузки получили ГАЭС, мощность которых в генераторном режиме может достигать двух тысяч МВт. В Московском регионе имеется Загорская ГАЭС мощностью 1200 МВт. Весьма перспективным может оказаться применение для накопления механической энергии маховиков. По мнению ученых ВНИИАЭС, не исключена возможность, что в будущем применение больших кольцевых супермаховиков для нужд аккумулирования энергии, вырабатываемой на тепловых и атомных электростанциях, позволит обеспечить их работу исключительно в базовом режиме, что, в свою очередь, позволит увеличить коэффициент использования установленной мощности. Тепловые аккумуляторы являются эффективным средством управления графиком нагрузки, но их применение ограничивается лишь отопительным периодом.
Технологические перспективы
Ведутся работы по совершенствованию электрических аккумуляторов (которые преобразуют электрическую энергию в химическую и по мере надобности обеспечивают обратное преобразование), а также емкостных накопителей, водородных аккумулирующих систем. Определенные возможности по покрытию пиковых мощностей предоставляет и единая энергосистема – за счет переброски электроэнергии между находящимися в разных часовых поясах регионами, однако для эффективной работы в данном направлении не хватает пропускной способности сетей. Весьма эффективным решением для выравнивания графика нагрузки является перенос по времени потребления энергии таким образом, чтобы это потребление стало практически равномерным.
Выравнивание потребления энергии может осуществляться самими потребителями добровольно за счет применения многотарифной системы оплаты за энергию или вынужденно, когда у потребителя нет выбора, отпуск энергии осуществляется по остаточному принципу – потребителю отпускается такое количество энергии, которое выравнивает график нагрузки.
Разумеется, в чистом виде такой метод реализовать не удастся, поскольку процесс потребления энергии подвержен случайностям, но сократить пиковую мощность вполне возможно.
Место электромобилей
Одним из наиболее эффективных вариантов может быть создание в зоне действия электростанций производств с технологическими процессами, допускающими потребление ими электроэнергии в провальной части графика нагрузки. К таким технологическим процессам, по словам академика Николая Пономарёва-Степного, может быть отнесено производство и накопление водорода, который при пиковых нагрузках вновь превращается в электроэнергию. С учетом достижений в создании аккумуляторов электрической энергии особо перспективным способом выравнивания графика нагрузки может оказаться процесс зарядки аккумуляторов для электромобилей.
Существует мнение, что серьезным препятствием для широкого внедрения электромобилей является неспособность энергетики обеспечить большое количество автомобилей. Действительно, если принять среднюю мощность автомобиля 70 кВт (близко к мощности 16-клапанного двигателя «ВАЗ 2110»), то общая мощность двигателей всех 3,5 млн. автомобилей Москвы составит 245 тыс. МВт, примерно в 20 раз превышает установленную мощность электростанций ОАО «Мосэнерго». Однако перспективы электромобилей не так уж безнадежны. Во-первых, автомобиль в отличие от электростанции больше простаивает, чем работает. Во-вторых, при движении в городском цикле электромобиль намного экономичнее автомобиля с двигателем внутреннего сгорания. И в-третьих, можно предположить, что в будущем ситуация с автотранспортом изменится. Как отмечает сотрудник Института энергетической стратегии Урала Арслангулов, большинство городов спроектировано вокруг машин, а не людей, что превращает машины из удобного аксессуара жизни в ее центральный организующий принцип. Но совсем не обязательно, что так должно быть.
Попробуем оценить возможности электростанций Москвы по обеспечению электромобилей энергией. Автомобили Москвы ежедневно потребляют около 11 тыс. тонн моторного топлива. В переводе на условное топливо это составляет около почти 16 тыс. тонн. С учетом того, что 1 кВт-ч электроэнергии равен 0,123 кг у.т., получим, что энергия топлива, ежедневно сжигаемого в двигателях автомобилей Москвы, равна около 130 млн. кВт-ч. Попутно попытаемся оценить значение коэффициента использования установленной мощности (КИУМ) автомобильных двигателей Москвы. При круглосуточной работе всех автомобильных двигателей они должны потреблять (245 тыс. МВт х24 часа) 5880 млн. кВт-ч энергии. В действительности же они потребляют, как было показано ранее, 130 млн. кВт-ч. При номинальном КПД, равном 30%, среднее значение КИУМ двигателей всех автомобилей Москвы составит менее 7,5% (130/(0,3х 5880).
Если зарядку аккумуляторов проводить в ночное время, то средненочная мощность, необходимая для зарядки автомобильных аккумуляторов, составит 130 млн. кВт-ч/8 часов около 16 млн. кВт = 16 тыс. МВт, что примерно в полтора раза превосходит установленную электрическую мощность Мосэнерго (11 904,3 МВт). А поскольку, как отмечалось ранее, ночной резерв избыточной мощности в Москве не превышает 3 МВт, то в настоящее время ОАО «Мосэнерго» сможет обеспечить перевод на электрическую тягу около 20% московских автомобилей. Но, с другой стороны, если и будет происходить замена двигателей внутреннего сгорания в автомобилях на электродвигатели, то это будет происходить постепенно. С учетом этого широкое распространение электромобилей может оказаться решающим фактором в решении проблемы выравнивания графика электрической нагрузки.
Препятствием на пути широкого внедрения электромобилей являются высокая стоимость накопителей электрической энергии и необходимость создания инфраструктуры. Пока не будет создана последняя, электромобили покупать не будут. Правда, ряд экспертов считают, что Москва с ее развитым метрополитеном хорошо приспособлена для электромобиля, имеется практически готовая инфраструктура для организации сети зарядных станций. По мнению председателя движения автомобилистов России Виктора Похмелкина, в России внедрению электромобилей будет оказано большое сопротивление со стороны нефтяного лобби, которое сегодня во многом диктует экономическую политику в стране.
Тем не менее, по прогнозам многих специалистов, альтернативы электромобилям нет. «Распространение автомобилей с электродвигателем – это вопрос времени, а не один из вариантов развития событий». Массовому распространению электромобилей, несомненно, будет способствовать и технология «умные» сети (Smart Grids), о которых рассказывалось в одном из номеров «НГ-энергия» (см. номер от 13.11.09). Технология Smart Grids позволит создать равновесие между многочисленными производителями и потребителями электроэнергии и оптимальным образом осуществлять процесс зарядки аккумуляторов электромобилей, не допуская ни перегрузки, ни провалов в графике нагрузки.
