Главная
Главная
О журнале
О журнале
Архив
Архив
Авторы
Авторы
Контакты
Контакты
Поиск
Поиск
Активизм и политика: корректировать или менять Систему?
Статья об общественно-политической ситуации в обществе, оценке протестных движен...
№13
(366)
01.11.2019
Естествознание
Сокращение потребления природного газа и перспективы электроэнергетики: «атомный» и «парогазовый» сценарии
(№17 [139] 16.09.2006)
Авторы:
 Владимир Чупров, Игорь Бабанин
Владимир Чупров
Игорь Бабанин
Энергетика России


Топливный баланс России – это прежде всего газ, за счет которого обеспечивается половина всей производимой энергии. Уголь и нефть в совокупности дают до 40%, атомная отрасль – 4,6%. Примерно столько же дает гидроэнергетика (ГЭС). Совсем немного, около 0,5% - энергетика на основе нетрадиционных возобновляемых источников энергии - ветер, солнце, биомасса. (НВИЭ) См. рис. 1.

Рис. 1. Производство первичной энергии в России



Интересно сравнить существующий баланс с тем, что есть у нас в потенциале. Россия обладает экономически и технически доступным потенциалом возобновляемой энергетики, достигающим 30% от существующего энергопотребления. Кроме того, за счет внедрения новых технологий с целью энергосбережения можно экономить до 40% потребляемой энергии. См. рис. 2.

Рис. 2. Сравнение потенциалов возобновляемой энергетики, энергосбережения и доли атомной энергии в общем энергетическом балансе

Нажмите, чтобы увеличить.


Рассмотрим возможности реализации потенциала энергосбережения на примере экономии природного газа в топливно-энергетическом комплексе.

Как экономить газ – вариант классический


Половина энергетики России зиждется на использовании природного газа. Газ, при этом являются одними из самых востребованных продуктов экспорта. Около 25% всего добываемого газа продается в Европу по рыночным ценам. Остальная часть продается по заниженным тарифам на внутреннем рынке и в ближнее зарубежье, либо теряется.

Задачу, которую поставило руководство страны на ближайшее десятилетие – наращивание добычи газа, в первую очередь для его экспорта. Обеспечить рост экспорта можно также за счет сокращения потребления газа внутри страны. Поэтому существующая энергетическая стратегия нацелена на преодоление «тенденции нарастающего доминирования природного газа на внутреннем энергетическом рынке».

Тепловая энергетика - крупнейший внутренний потребитель природного газа. Например, в системе РАО «ЕЭС России» до 70% электроэнергии вырабатывается за счет газа. Именно поэтому в качестве экономии предлагается заменить тепловые электростанции на природном газе атомными станциями. Для этого, согласно планам правительства, предполагается построить приблизительно 30 новых реакторов к 2020 г., чтобы довести долю атомной энергетики в общем энергетическом балансе с нынешних 4-5% до приблизительно 8% (в электроэнергетическом секторе – с 16% до 25%).

Официально один атомный энергоблок мощностью 1 Гигаватт «экономит» ежегодно до 2 млрд. м3 природного газа. Всего по России ядерная энергетика «экономит» до 40 млрд. м3 газа в год. См. рис. 3.

Рис. 3. «Замещение» природного газа энергией АЭС и существующие потери газа

Нажмите, чтобы увеличить.


Расчеты эти правда ведутся исходя из потенциальной замены газовых ТЭС с относительно низким КПД – 36%. Если принять во внимание, что в перспективе атомная отрасль будет вытеснять не устаревшие тепловые станции с КПД 36%, а новые с ПГУ-технологиями с КПД хотя бы 47%, то потенциал замещения снижается на треть с 40 до 28 млрд. м3 в год.

При реализации амбициозной программы строительства новых АЭС и соответствующей инфраструктуры стоимостью 30 миллиардов долларов будет экономиться дополнительно 30-40 млрд м3 газа (при разных КПД замещаемых газовых ТЭС получаются разные результаты).

Модернизация тепловой энергетики как альтернативный вариант экономии газа

Вариант замещения газовой энергетики на атомную обычно преподносится как единственно возможный. Между тем, одной из реальных альтернатив является повышение эффективности использования газа в самой теплоэнергетике за счет модернизации действующих ТЭС, использующих природный газ.

Установленная электрическая мощность тепловых станций по России – 148,4 Гигаватт (ГВт) . Большая часть этих мощностей - 121,4 ГВт - сосредоточена в РАО «ЕЭС России».

С учетом того, что наиболее полные данные по топливопотреблению и производству энергии доступны по РАО «ЕЭС России», то основные показатели легче всего просчитать на примере этого холдинга.

Производство электроэнергии на тепловых станциях РАО «ЕЭС России» - 521,4 млрд. кВт-ч. Потребление топлива – почти 140 млрд. м3 в год (нужно оговориться, что часть топлива идет на производство тепловой энергии для обогрева помещений).

Здесь мы подходим к самому интересному. Средний электрический КПД тепловых станций на газе по РАО «ЕЭС России» - 29,45%. Но благодаря переходу на новые так называемые парогазовые (ПГУ) технологии, КПД может вырасти приблизительно в 1,5 - 2 раза с нынешних 29,45% до 47-58%.

К сожалению, в настоящее время в России существует не более десятка эксплуатирующихся или строящихся ТЭС на новой технологии. Среди них Северо-западная ТЭЦ в Санкт-Петербурге, ГРЭС в Ивановской области, Сочинская ТЭС, Уфимская ТЭЦ №5, Калининградская ТЭЦ-2, Тюменская ТЭЦ-1.

Если предположить что повсеместно будут внедрены ПГУ технологии на электростанциях РАО «ЕЭС России», работающих на природном газе, это могло бы снизить газопотребление в европейской части России - на 27-29 млрд. куб м, а в целом по стране - на 42 млрд. куб м при том же объеме производства электроэнергии. А если учесть, что на ТЭС РАО «ЕЭС России» производится хоть и большая (85%), но только часть электроэнергии от всех ТЭС, то цифра может увеличиться до 50 млрд. м3.

Какой сценарий более экономичный?


Сравнение двух сценариев дает следующую картину. См рис. 4.

Рис. 4. Потенциал замещения газа при условии инвестирования одних и тех же средств (30,6 млрд. долл. 1 ) в строительство различных электростанций



Более низкий потенциал экономии атомной энергетики объясняется тем, что «парогазовый» сценарий «берет» количеством тепловых станций, которые можно модернизировать за те же средства.

Необходимо также помнить, что атомные станции в подавляющем большинстве случаев производят только электроэнергию. В перспективе такая ситуация сохранится, так как в качестве головных в атомной энергетике рассматриваются энергоблоки типа ВВЭР, производящие только электроэнергию, а не атомные станции теплоснабжения или атомные ТЭЦ, производящие в том числе тепло.

Поэтому АЭС могут использоваться только для замещения так называемых конденсационных тепловых электростанциях (КЭС), которые производят только электроэнергию и не производят тепло. Поскольку КЭС в европейской части России потребляют 30 млрд. куб м3 газа, то и возможная дополнительная «экономия» газа за счет АЭС ограничена этими рамками.

Есть и еще один немаловажный фактор – атомная энергетика оставляет отходы, способов утилизации которых не разработано.

Оба варианта экономии газа (при допущении ряда условий в пользу атомной энергетики) на первый взгляд привлекательны.

«Парогазовый» сценарий не приводит к 100% замещению газа, хотя по абсолютному количеству газа, которое будет сэкономлено в результате модернизации ТЭС, «парогазовый» сценарий предпочтительнее (см. рис. 4). Поэтому для сравнения эффективности капитальных вложений стоит взглянуть на удельные капитальные затраты, в пересчете на единицу объема, например, 1 млрд. куб. м сберегаемого природного газа. Иными словами выяснить, сколько будет стоить экономия 1 млрд. куб. м природного газа при «атомном» и «парогазовом» сценариях.

Рис. 5. Сравнение удельных затрат различных сценариев в пересчете на единицу установленной мощности и единицу сэкономленного газа



Капитальные затраты на реализацию «атомного» сценария замещения единицы природного газа оказываются приблизительно на 23% выше таковых для «парогазового».

Учет дополнительных расходов на вывод АЭС из эксплуатации делает «атомный» вариант еще дороже – превышение на 50-60% над «парогазовым».

Интересно сравнить, стоимость экономии природного газа и его добычи (фактически экономия природного газа – это своего рода его добыча).

Рис. 6. Сравнение стоимости различных способов экономии и добычи природного газа

Нажмите, чтобы увеличить.


Парадоксально но факт, «добыча» газа за счет модернизация газовых ТЭС стоит почти столько же, сколько разработка Штокмановского месторождения.

Достаточность генерирующих мощностей


В итоге всего развития топливно-энергетического комплекса главное получить не только экономию газа, но и достаточное количество мощностей и электроэнергии.

При одних и тех же инвестициях «парогазовый» сценарий позволяет в более короткие сроки обеспечить не только больший объем экономии природного газа, но и ввод в 2 раза больших объемов новых генерирующих мощностей. Немаловажный факт, который нужно помнить - при этом гарантируется обеспечение потребителя теплом.

Рис. 7. Количество мощностей, получаемых при инвестиции одних и тех же средств (30,6 млрд. долл. США) при различных сценариях (ГВт установленной мощности)



С учетом того, что существующие в России мощности по производству электроэнергии выработают в ближайшее время свой ресурс, мы имеем всего 10-20 лет на то, чтобы заменить порядка 97-143 Гигаватт электрических мощностей.

«Атомный» сценарий долог в исполнении. Строительство одного энергоблока занимает более 5 лет в отличие от строительства парогазовой ТЭС, занимающей 2-3 года.

В абсолютных выражениях атомная энергетика может вводить приблизительно 1 энергоблок за 3 года. Это связано с ограничениями объективного характера – наличием строительных мощностей и заводов по производству реакторных установок. Ограничений такого уровня в газовой энергетике нет, более того существующие мощности недозагружены.

С учетом стоимости строительства это означает, что в течение 5 лет может строиться 2 атомных энергоблока общей мощностью 2 Гигаватт или за те же средства - ТЭС с парогазовыми установками мощностью более 4 ГВт (с более выгодной экономией природного газа). Выбор атомного сценария означает риск для энергодефицитных регионов, которые нуждаются в дополнительных мощностях в кратчайшие сроки.

К сожалению, Энергетическая стратегия предполагает только частичную модернизацию ТЭС на газе. Всего предполагается ввести к 2020 году 31-37 ГВт тепловых станций с ПГУ технологиями. При том, что в структуре топливного баланса, доля выработки электроэнергии на газе превышает 60 процентов (!) и установленная мощность ТЭС на газе составляет порядка 100 ГВт. Иными словами модернизации подлежит только треть мощностей, работающих на газе.

Для сравнения: в атомной энергетике предполагается ввести 23 ГВт мощностей стоимостью более 28 млрд. долл. , в то время как на модернизацию газовых ТЭС с получением 37 ГВт современных ТЭС потребуется 19 млрд. долл.

Может ли электроэнергетика стать безъядерной?


Что касается количества производимой энергии, то, согласно Энергетической стратегии России на период до 2020 г., производство электроэнергии в России в 2020 г. должно составить 1215-1365 млрд. кВт-ч. В 2004 г. производство электроэнергии в Российской Федерации составило 930,7 млрд. кВт-ч. Следует отметить, что фактические данные за 2004 г. лежат в границах прогнозных значений Энергетической стратегии, поэтому прогнозы в этой части можно считать достаточно достоверными.

Согласно Стратегии, к 2020 году предполагается на тепловых станциях вырабатывать 882 млрд. кВт-ч электроэнергии с ростом топливопотребления по газу на 20% и углю на 49%. На ГЭС предполагается довести выработку до 213 млрд. кВт-часов.

Но если модернизировать как газовые, так и угольные ТЭС с доведением их КПД до 50% и 40% соответственно, то количество получаемой электроэнергии при нынешнем уровне мощности и топливопотреблении составит около 970 млрд. кВт-час.

Существует также огромный потенциал утилизации попутного газа (14,5 млрд. куб. м ежегодно) и потенциал утилизации газа получаемого в результате устранения утечек в газопроводах (24 млрд. куб. м ежегодно). Утилизация теряемого газа может дать при КПДэ 50% около 200 млрд. кВт-часов электроэнергии 2 .

Модернизация всех газовых и угольных ТЭС в сочетании с реализацией мер по развитию гидроэлектростанций, а также мерами по утилизации теряемого газа может обеспечить, без роста потребления ископаемого топлива, потребности в электроэнергии в объеме 1380 млрд. кВт-ч при необходимых 1215-1365 млрд. кВт-ч. При этом исключается использование атомной энергии.

Рис. 8. Сценарий удовлетворения потребностей РФ в электроэнергии к 2020г. без роста потребления ископаемого топлива и использования АЭС

Нажмите, чтобы увеличить.


Если говорить о более долгосрочных перспективах энергетики, то необходимо учесть, что запасы урана для тепловых атомных станций по срокам сравнимы с запасами нефти. Дешевые запасы урана закончатся в ближайшие 20 лет. Переход на новый тип атомных станций на плутониевом топливе к середине 21 века технологически очень сложен, крайне дорог и опасен, с точки зрения распространения ядерного оружия. В сочетании с долей атомной энергетики 4-5% в общем энергобалансе (как для России, так и для мира) вопрос о развитии альтернативных источников энергии в долгосрочной перспективе должен восприниматься всерьез уже сегодня.

Источники финансирования


Проекты модернизации газовых ТЭС могут реализовываться путем привлечения инвестиций РАО «Газпром», который должен быть заинтересован в экспорте природного газа, высвобождающегося в результате модернизации. Затраты РАО «Газпром» в пересчете на единицу объема газа, сэкономленного при «парогазовом» сценарии, будут как минимум на четверть ниже, чем инвестиции в «атомный» сценарий и сравнимы с затратами на разработку новых месторождений.
Кроме того, «парогазовый» сценарий может стать предметом внимания Правительства Российской Федерации, так как в перспективе «парогазовый» сценарий позволит избежать значительных расходов на вывод АЭС из эксплуатации и других расходов, связанных с радиоактивными отходами.


________________________________

Примечания

1. 30,6 млрд. долл. США – размер предполагаемых инвестиций в строительство новых АЭС.
2. Нельзя забывать что производство электроэнергии может быть обеспечено за счет развития возобновляемых источников энергии, экономически и технически доступный потенциал которых составляет порядка 30% общего энергобаланса России, или 270 млн. т. условного топлива (в первую очередь уже реализуемый потенциал биомассы на крупных деревоперерабатывающих предприятиях).


Литература

1. Энергетическая стратегия России на период до 2020 года. (Утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 28 августа 2003 г. N 1234-р).
2. Сокращение потребления природного газа и перспективы электроэнергетики: «атомный» и «парогазовый» сценарии. И.В. Бабанин, В.А. Чупров, М. 2006.
3. Сколько стоит ядерное электричество. В.А. Чупров, М. 2004.


__________________________
© Чупров Владимир Алексеевич, Бабанин Игорь Валентинович
Предсказуемость планетарной эволюции
Эволюционный ракурс рассмотрения будущего позволит логически связать историю, настоящее и необычные проявления...
Мегапроекты нанокосмоса
Статья о тенденциях в российских космических программах на основе материалов двух симпозиумов в Калуге
Интернет-издание года
© 2004 relga.ru. Все права защищены. Разработка и поддержка сайта: медиа-агентство design maximum