В связи с появлением большого числа инновационных предложений в области зелёной энергетики, стали активно обсуждаться проекты строительства т.н. "Обратных" ГАЭС, как некое синтезированного производное от ГАЭС с альтернативными источниками электроэнергии. В чем здесь особенности, преимущества и недостатки, и не станет ли это очередным общемировым фейковым трендом? - попробуем разобраться.
1. "Правильная" ГАЭС!
ГАЭС, или просто ГидроАккумулирующие ЭлектроСтанции, служат для накопления электроэнергии в периоды снижения общего потребления электричества (например, в ночной период) и отдачи её во время пиковых нагрузок (например, дневных), уменьшая тем самым дисбаланс спроса и предложения в активной фазе потребления выдаваемой мощности в течение суток основных электростанций промышленного производства электроэнергии (атомных, тепловых).
Дело в том, что потребление электроэнергии в течение суток не является равномерным и график суточного потребления схож с синусоидой. Существуют как утренние и вечерние максимумы потребления электроэнергии, так и дневные и ночные минимумы (провалы) потребления. Если, допустим, электроэнергия вырабатывается АЭС, то подстроить выработку под максимумы и провалы потребления невозможно, так как увеличение или уменьшение генерации электроэнергии на АЭС процесс очень не быстрый и потенциально опасный. Технологический процесс выработки электроэнергии на АЭС устроен так, что после выхода на номинальную выработку электроэнергии, необходимо поддерживать её постоянно на этом уровне. Тепловые и атомные станции не способны быстро снижать свою мощность во время значительного спада потребления, поэтому ночью электростанции работают в значительной степени вхолостую.
Чтобы сбалансировать производство электроэнергии и стабилизировать энергоснабжение, т.е. увеличить эффективность всей системы в целом, и были предложены ГАЭС, как демпферы-накопители гидропотенциала. Первые подобные станции были построены в конце 19 века в Западной Европе, в частности в 1882 г. в Швейцарии была запущена установка Леттем мощностью 103 кВт. Аналогичное сооружение через 12 лет было запущено на одной из прядильных фабрик Италии. До 20 столетия функционировало всего 4 ГАЭС, к 60-м гг. 20 века насчитывалось уже 72 работающие установки, к 2010 г. их число достигло 460. Как уже было отмечено, чаще всего ГАЭС устанавливаются рядом с мощными потребителями энергии недалеко от мощных тепловых или атомных электростанций там, где этому способствуют топографические, гидрологические и геологические условия. Необходимо, чтобы на местности имелась возможность устроить верхний бассейн и нижнее водохранилища рядом друг с другом. Обычно для работы используются уже существующие водохранилища и озёра или те места, где верхний бассейн имеет естественную приточность.
Верхний бассейн может не иметь естественной приточности, работая исключительно на воде, запасённой в наносный период, когда происходит перекачка воды в верхний аккумулирующий бассейн из нижнего питающего водохранилища (станция запасает энергию). Такие ГАЭС принято называть «чистыми», но гораздо эффективнее, если верхний бассейн которых имеет дополнительную естественную приточность, тем самым уменьшая необходимость затрат на удержание необходимого перепада высот. При этом в турбинном режиме используется и аккумулированная, и поступающая естественным образом вода.
Одной из разновидностей "Правильных" ГАЭС может быть станция, предназначенная как раз для восполнения недостатка воды в русле рек и каналов в период обмеления, чтобы дать возможность функционировать ГЭС, стоящим ниже по течению. То есть в период половодья избытки воды накапливаются в отдельном резервуаре (можно даже без генерации), а в периоды минимальных осадков из хранилища восполняется поток воды. В таких случаях генерация тоже может иметь место, но обычно её совмещают с насосами в одном гидроагрегате, чтобы не увеличивать затраты. Хороший пример - Каскад Кубанских ГЭС и поддерживающая ГАЭС в самом начале каскада ГЭС.
2. "Обратная" ГАЭС!
Откуда появилась идея т.н. "Обратной ГАЭС", которую нам предлагают сторонники озеленения энергетики и как к ней относится в целом?
Давайте для начала разберемся, в чем суть? Если в классическом варианте ГАЭС мы ночью используем невостребованную электроэнергию для накопления гидропотенциала, то в обратной ГАЭС происходит обратный процесс - ночью идёт генерация недостающей мощности, а накопление, как раз идёт днём! В чем здесь специфика?
Как мы говорили, лучший вариант использования классических ГАЭС - в паре с промышленной генерацией, которая плохо регулируется по выработке. "Зеленые" энергетики выступают против строительства ТЭЦ или ТЭС с углеродным следом, замещая их альтернативными источниками, которые, по их странному преставлению, такого следа не дают или приносят меньший вред! Если электроэнергию вырабатывают, например, солнечные электростанции, то в этом случае солнце есть днём, значит и генерация есть днём, а ночью, как раз, выработки электроэнергии нет. А промышленному потребителю электроэнергия нужна постоянно в стабильном объёме, особенно когда производства и иные сервисные потребители работают круглосуточно.
Смогут ли солнечные батареи удовлетворять промышленный спрос на энергию? - концептуальный вопрос альтернативной энергетики.
Такая ситуация может быть смоделирована и для ВЭС - парка ветровых электростанций, с той разницей, что речь идёт не о ночных проблемах, а проблемах со скоростью ветра. То есть когда ветер есть и эффективен, то парк генерирует электроэнергию достаточную не только для обеспечения потребителей, но и для накопления на случай отсутствия нужного напора ветра. Казалось бы - вот оно, решение, удовлетворяющее многих, и радетелей зелёной энергетики, и собственно - потребителей той или иной локации. Но всё ли так просто?
Может ли альтернативная энергетика, в принципе, удовлетворять промышленный спрос - это сам по себе вопрос спорный, и никто из ответственных потребителей не подсядет на такой нестабильный источник. С другой стороны, сможет ли альтернативная энергетика заместить промышленную генерацию, если к затратам прибавить все инверторные или трансформаторные системы стабилизации и выравнивания потока, аккумулирования для сглаживания скачков? Ведь цена строительства тогда вырастет значительно, но и при этом сетевики вряд ли будут рады такому нестабильному источнику. С другой стороны - а стоит ли городить огород, может не стоит строить ГАЭС - ведь это долгосрочные капитальные затраты (на 100 лет точно), если жизненный цикла ВЭС и солнечных батарей в пределах 15-20 лет? Они просто будут постоянно перестраиваться, а вдруг потребители исчезнут, что тогда?
Очевидно, что простых ответов здесь нет даже в общих рассуждения, не говоря уже о конкретных экономических расчетах, проверке EROI или EROEI в целой совокупности, а также при учете деградации солнечных батарей, необходимости их обслуживания (намного больше и дороже, чем ГЭС). Давайте просто порассуждаем!
3. Во что выливается "обратная" ГАЭС?
Прежде всего, инициаторы подобных проектов, забывают не только о низких сроках эксплуатации ВИЭ, но и низких КИУМ (Коэффициент Использования Установленной Мощности), что при объединении в какой-то комплекс даёт асинергию, или того хуже, диссинергию.
Давайте представим себе, что какая-то автономная локация потребляет в сутки 24 ГВт*ч. Чтобы солнечный ВИЭ выдавал такую мощность с резервом колебаний, они должны гарантировать её производство при:
1. Наихудших показателях по солнечной активности (пессимистичный сценарий дня) - минимальный КИУМ.
2. Наихудших показателях состояния фотоэлементов (деградация до 50%).
3. Наихудшем состоянии покрытия (они не могут быть все одновременно чистыми).
4. При максимально возможном скачке потребления, например, плюс 5%.
5. Учитывать дополнительное производство на подъём воды.
При учете таких индексов, мы приходим к пониманию того, что нам надо строить не 1 ГВт мощности, а все 4-6 ГВт. Заметьте, что если бы речь шла о промышленном источнике, то построили бы АЭС ровно на 1 ГВт.
Учитывая производство на подъём воды для ГАЭС, примерно такой же как и дневная генерация, мы приходим к необходимости строительства 10-12 ГВт мощности, которые придется менять каждые 15-20 лет! Или опять таки построенная АЭС на 1 ГВт на 70 лет?
Если к этой ситуации прибавить точное восприятие того, что реконструкция и перестройка каждые 15-20 лет - это тоже выделение углеродного следа, эта избыточные инвестиции в добычу углеводородов и кремния, в химические производства, в аккумуляторы и кабели, то реальная себестоимость такой "Гибридной" конструкции может существенно перекрыть все т.н. тепловые аналоги. А уж про экологический вред и говорить не приходится!
В заключение хочется только порекомендовать многим идеологам новых "обратных" ГАЭС тщательно обдумывать не только схемы взаимодействия с ВИЭ, но и требования к самой ГАЭС в такой комбинации. Ведь чтобы поднять объём воды суточного производства электроэнергии потребуется не просто мощные насосы, но и системы безопасности, предвосхищающие возможные прорывы поднимаемой воды. А значит возможно надо будет строить промежуточные бассейны, насосные станции разных уровней, что, в любом случае, приведет к значительному удорожанию.
При этом, вполне вероятно, что такие "гибриды" могут быть целесообразны в местах недоступных для других способов генерации, но в весьма незначительных масштабах. Например, в пределах посёлка исследователей или станции наблюдения чего-либо!
Комментарии (0)