Стратегическая роль энергосистем в реализации европейской энергетической политики

Вступление

В настоящий момент мир переживает третью энергетическую революцию. Первая была связана с появлением угольных и паровых двигателей в девятнадцатом веке; вторая – с открытием электричества и нефти в двадцатом; сейчас же, на пороге двадцать первого века, мы вошли в эпоху энергий с низким содержанием углерода и устойчивым ростом их использования.

Поэтому в 2007 году Европейский союз утвердил перспективную энергетическую политику, в которой определены три главные задачи:
• сокращение выбросов углекислого газа в атмосферу с целью борьбы с опасностью глобальных климатических изменений;
• повышение надёжности энергоснабжения путём уменьшения зависимости от ископаемых видов топлива (нефть, газ, ...) и усиление сплоченности государств-членов Евросоюза в кризисных ситуациях;
• завершение структурирования внутренних газовых рынков и рынков электроэнергии наряду с дальнейшей интеграцией их в европейском масштабе, а также в соседних регионах (страны Средиземноморья, Россия).

Для эффективной реализации такой перспективной политики основное значение будет иметь электроэнергия, а электрические сети, составляющие основу энергосистем, будут играть в ней стратегическую роль.

Преобладающая роль электроэнергии в новом энергетическом контексте

При выполнении трёх задач, сформулированных в Европейской энергетической политике, электроэнергии, вне всякого сомнения, необходимо уделить особое внимание.

Если рассматривать этот вопрос с точки зрения энергопотребления, то электрическая энергия почти всегда обеспечивает высокий уровень энергоэффективности. В промышленности процессы, связанные с использованием электроэнергии, часто гораздо более экономичны в плане энергопотребления, чем процессы, связанные с применением тепла (например, в бумажной промышленности). Кондиционирование воздуха в помещениях с помощью электрических охладителей даёт значительную экономию энергии по сравнению с использованием традиционных систем обогрева и охлаждения. В дорожном транспорте увеличивается доля транспортных средств, оборудованных перезаряжаемыми гибридными или электрическими системами, что также приводит к сокращению потребления нефти и повышению спроса на электроэнергию.

В целом, с учётом энергетических прогнозов до 2020 г. в 27 европейских странах, которые заявили о значительном спаде спроса на электроэнергию по сравнению с показателями на сегодняшний день, потребление будет расти – конечно, более медленными темпами, чем это было в недавнем прошлом, но, без сомнения, более чем на 1% ежегодно. В результате доля электроэнергии по сравнению с другими видами энергии, используемыми в Европе, ещё больше увеличится.

С точки зрения энергоснабжения электроэнергия также имеет множество преимуществ. Она даёт возможность использовать все виды энергии с незначительным выбросом углекислого газа – как возобновляемую (водяная, ветровая, геотермальная, солнечная), так и атомную энергию. Другими словами, в будущем – после 2020 года, когда технологии преобразования и улавливания углекислого газа будут доступны на промышленном уровне, – мы сможем обоснованно признать существование Европейской электрической системы практически свободной от выбросов СО2. Это, собственно говоря, и является миссией, предложенной Евроэлектрик.

В 2005 году 54,6% всей электроэнергии, производимой в 27 странах-членах Евросоюза, было получено из ископаемого топлива (в основном уголь – 28% и газ – 21%); только 45,4% было получено из энергетических источников с низким выбросом углекислого газа (атомная – 30,2% и водяная – 10,4%). Доля возобновляемых источников энергии (без учёта воды) составила всего 4,8% в объёме других используемых видов энергии. Если посмотреть перспективу после 2020 года, учитывая огромные усилия, вкладываемые в развитие возобновляемых источников энергии (на сегодняшний день это 20% в объёме используемых видов энергии), то вероятно, что две трети электроэнергии, вырабатываемой в Европе, будет получено из источников энергии с низким выбросом углекислого газа, одна треть – из возобновляемых источников (включая воду) и ещё одна треть придётся на долю атомной энергии.

В части возобновляемой энергии около 13% в объёме других видов энергии, используемых в Европе, будет составлять ветровая энергия, при этом в 2005 году на долю этого источника энергии приходилось лишь 1,9%. Эти 13% будут соответствовать 500 TВт электроэнергии при общей годовой выработке около 4000 TВт (3300 ТВт в 2005 г.). Учитывая прерывистый характер этого типа энергии и требование по времени выработки энергии – от 2000 до 2500 часов в год, – производство такого количества электроэнергии требует 200–250 ГВт мощности, которая должна передаваться в Европейскую энергосистему при полной установленной мощности около 1000 ГВт.

Такой радикальный шаг в развитии всех видов энергии привёл к очень серьёзным изменениям в Европейских электрических сетях, которым, следует это признать, не было уделено должного внимания в политических кругах Европы.

Стратегическая роль сетевых энергосистем

Почему энергосистемы претерпевают столь серьёзные изменения в новых условиях развития энергетики? Для этого имеются три основные причины, которые составляют основу Европейской энергетической политики:
- необходимость обеспечить интегрирование больших объёмов энергии от возобновляемых источников прерывистого характера в Европейскую электрическую систему;
- необходимость усиления сплочённости стран-членов Европейского союза путём совместной поддержки работы энергосистем стран-членов и соседних регионов;
- необходимость завершения интеграции внутреннего рынка электроэнергии европейских стран.

Перед Европейской энергосистемой стоит наиважнейшая задача – значительно укрепить межсистемные объединения в Европе с целью не только усиления конкуренции между игроками на рынке, необходимость которого неоднократно подчеркивала Европейская комиссия, но и для снижения опасности аварийных отключений (как это случилось в Европе в ноябре 2006 года), подобных тем, которые произошли в Италии и в Северо-восточных штатах Америки и Канаде в 2003 году. Упрочение межсистемных связей также важно для уравновешивания энергетического спроса и предложения в условиях возрастающего применения ветровой энергии в сетях, что требует постоянного контроля выработки других типов энергии, так как ветра то усиливаются, то ослабевают.

В противоположность широко распространённой идее о том, что децентрализация в энергетике способна дать экономию средств на развитие систем передачи электроэнергии, прерывистый характер наряду с невозможностью хранения электроэнергии требуют прямо противоположного – усиленного развития объединённых энергосистем пропорционально увеличению объёма поставляемой в Европейскую электрическую систему энергии прерывистого характера.

Такое объединение будет иметь более широкие границы по сравнению с нынешней Европейской системой; в основном расширение будет идти в двух направлениях – вокруг и через Средиземноморский бассейн в поддержку энергетических проектов Евросоюза для стран Средиземноморья, а также в направлении Востока – с российской энергосистемой, что позволит осуществлять обмен электроэнергией со странами Балтии и их польскими и скандинавскими соседями.

Наконец, необходимо повысить эффективность эксплуатации Европейских энергосистем, которые становятся всё более сложными в результате попытки расширить существующие системы до предельных возможностей.

Какие технологические разработки будут востребованы в энергосистемах, с тем чтобы они могли соответствовать поставленным в данном контексте задачам?

Такие разработки не являются специфичными для Европы, они, вероятно, будут вестись в иных формах, в других регионах мира в зависимости от осуществляемой энергетической политики.

Возможно, однако, указать два основных направления, в которых будут вестись разработки:
- укрепление главных межсистемных объединений в Европе и, возможно, на первом этапе создание межконтинентальных сетей (Европа – Азия или Европа – Африка);
- создание ещё более умных энергосистем.

Для укрепления и расширения межсистемных объединений на континентальном и межконтинентальном уровнях будут создаваться всё более и более крупные гибридные системы передачи электроэнергии. В них будут использоваться линии переменного тока, которые являются и будут оставаться основой энергосистем, и высоковольтные вставки постоянного тока, особенно на переходах через естественные подземные и подводные препятствия, такие как горы или водозаборники.

Примет ли Европа то же направление в развитии, как Китай или Индия – к системам сверхвысокого напряжения (свыше 1000 кВ переменного тока или 800 кВ постоянного тока)? Потребность в передаче электроэнергии в Европе ниже и расстояния меньше, высокая чувствительность к условиям окружающей среды в части подвесок воздушной контактной сети будет препятствовать такому повышению уровня напряжения. Развитие технологий элегазовых линий, которые позволяют передавать электроэнергию постоянного тока высокого напряжения на большие расстояния (свыше 50 км), может выйти на промышленный уровень в ближайшие десятилетия и противостоять всё возрастающему внешнему давлению.

Второе важное направление возникнет из развития «умных» сетей, что является следствием всё возрастающей доли децентрализованных энергий в объёме всех видов энергии и в постоянной борьбе за повышение эффективности управления спросом на электроэнергию со стороны конечных потребителей.

Такой интеллект начал реализовываться в сетях в 60-ые годы прошлого века на фоне чрезвычайно быстрого прогресса в области информационных технологий и технологий связи и в основном в высоковольтных энергосистемах, наряду с развитием систем управления, автоматизации и защиты оборудования, которые сегодня становится всё более цифровыми.

Развитие достаточно большого сектора децентрализованной генерации в распределительных сетях изменило природу и функциональные возможности таких сетей. До настоящего времени их роль заключалась в простом транспорте электроэнергии до конечного потребителя, теперь же они реализуют и другие функциональные возможности.

Такое развитие потребует реализации в распределительных системах значительно более мощного интеллекта, чем существует на сегодняшний день в системах передачи, и объединения этого интеллекта с тем, который был реализован на уровне высокого напряжения. Кроме того, полное раскрытие рынка электроэнергии для всех потребителей ведёт к генерализации интеллектуальных устройств учёта электроэнергии, особенно для отечественных потребителей, и, следовательно, использованию этого интеллекта с целью повышения энергоэффективности для конечного потребителя.

Наконец, увеличение обмена электроэнергией на европейском уровне, которое обусловлено интеграцией рынков, массовым развитием возобновляемых источников энергии и тенденцией к большей сплоченности государств-членов Евросоюза, особенно в кризисных ситуациях, потребует усиления координации действий при эксплуатации Европейских электрических систем. Мы полагаем, что такая координация проявит себя в интегрировании интеллекта в системах передачи электроэнергии, а также в создании, по крайней мере в континентальной Европе, Европейского координационного центра по передаче электроэнергии. Этот центр не заменит национальные центры управления, но окажет им существенную поддержку в дальнейшем совершенствовании координации управления энергетическими потоками между этими системами.

Заключение

Целью перспективной энергетической политики Европейского союза является обеспечение надёжности энергоснабжения и препятствование ухудшению экологической обстановки. В этом новом контексте электроэнергия будет играть всё более важную роль по обеспечению повышенной энергоэффективности для конечного потребителя. Такое развитие требует радикального изменения роли энергосистем, которое должно быть реализовано как через развитие крупных межсистемных объединений (суперсети), так и через создание более «умных» систем (интеллектуальные сети), особенно в классе низкого и среднего напряжения (распределительные сети). Международный Совет по большим электрическим системам (СИГРЭ), который я имею честь возглавлять, играет важнейшую роль в европейском, а также в общемировом научно-техническом сообществе, так как создает мотивацию для инноваций, являющихся основой таких изменений.