АЭС и возобновляемая энергетика: конкуренты или союзники в энергосистеме

Дискуссия обычно строится как выбор между двумя лагерями: либо строим блоки, либо ставим панели и ветряки. Диспетчер энергосистемы такой постановки не понимает. У него другая задача: каждую секунду выработка должна совпадать с потреблением, и вопрос не в том, какой источник симпатичнее, а в том, кто в какой момент что умеет. С этой позиции и стоит смотреть.

Что умеет атомный блок

АЭС — источник базовой мощности. Блок рассчитан на длительную работу на номинале с высоким коэффициентом использования установленной мощности: он выдаёт одинаковую мощность днём и ночью, зимой и летом, независимо от погоды. Экономика подтверждает то же самое: почти все затраты у блока капитальные и уже понесённые, топливная составляющая невелика, значит, каждый час простоя — прямой убыток, а каждый час работы на номинале окупает вложенное.

Глубокое суточное манёврирование для АЭС затруднено сразу по нескольким причинам. Ксеноновое отравление после снижения мощности ограничивает скорость обратного подъёма. Циклические изменения нагружают оборудование термически и расходуют ресурс. Экономика манёвра отрицательна: сэкономленное топливо копейки, а недовыработка — деньги. Современные проекты предусматривают режимы изменения нагрузки в ограниченном диапазоне, и часть блоков в мире их использует, но это компромисс, а не естественный режим.

Что умеют ветер и солнце

Ветровая и солнечная генерация переменна и слабо предсказуема на длинных горизонтах. Она выдаёт мощность, когда есть ресурс, и не выдаёт, когда его нет. Её нельзя попросить прибавить: физически регулировать вверх можно только от заранее ограниченной выработки. Зато топлива она не потребляет, строится быстро и наращивается порциями, а не блоками по гигаватту.

Есть и системный нюанс. Классический турбогенератор вращается синхронно с сетью и своей массой сглаживает провалы частоты. Инверторная генерация такой инерции сама по себе не даёт, и по мере роста её доли системе приходится обеспечивать устойчивость другими средствами.

Где конкуренция реальна

Конкуренция между ними не физическая, а рыночная и бюджетная. Возобновляемая генерация имеет почти нулевые переменные издержки, поэтому на рынке на сутки вперёд она вытесняет из графика тех, у кого издержки выше, и сбивает цену в часы своей выработки. Для капиталоёмкой станции, которая должна работать ровно, это означает падение выручки именно тогда, когда она вырабатывает. Второй фронт — распределение государственной поддержки и лимитов: деньги и сетевые мощности конечны, и каждый мегаватт одного типа занимает место, на которое претендует другой.

Где они дополняют друг друга

Физически же задачи у них разные, и в одной системе они закрывают разные потребности.

• Оба источника низкоуглеродные, и вместе они вытесняют из баланса уголь и газ быстрее, чем поодиночке.
• Атомная генерация закрывает базу и сохраняет предсказуемость баланса при любой погоде.
• Возобновляемая генерация экономит топливо в часы своей выработки и быстро наращивается там, где нужно добавить мощности к сроку.
• Ровная выработка АЭС снижает требуемый объём резервов и накопителей: сглаживать нужно только переменную часть, а не весь баланс.

Третий участник, без которого спор бессмыслен

Ни базовая, ни переменная генерация не покрывают суточный график сами по себе. График потребления имеет утренний и вечерний пики, а ресурс ветра и солнца с ними не совпадает. Разницу закрывают манёвренные мощности и накопители: гидроэлектростанции, гидроаккумулирующие станции, газовые установки быстрого пуска, промышленные аккумуляторные системы, управление спросом. Именно их наличие и стоимость определяют, сколько переменной генерации энергосистема выдержит без ухудшения надёжности.

Конкурируют не источники, а деньги и место в графике. В самой энергосистеме ровная мощность и переменная мощность решают разные задачи и друг друга не заменяют.

Что меняется для самой АЭС

Рост доли переменной генерации постепенно меняет требования к атомным блокам. Обсуждаются участие в регулировании в ограниченном диапазоне, использование избытков мощности на производство водорода или на теплоснабжение, проекты блоков малой мощности для изолированных районов. Обзоры мировой практики совмещения атомной и возобновляемой генерации ведёт МАГАТЭ.

Важно, что любой такой режим не вводится решением диспетчера. Изменение эксплуатационных режимов блока — это изменение условий, при которых обоснована его безопасность.

Нормы, лицензии и персонал

Эксплуатация блока ведётся по лицензии, выданной в порядке закона №170-ФЗ, а допустимые режимы работы закреплены в технологическом регламенте и в обосновании безопасности по федеральным нормам и правилам из библиотеки ЯРБ. Переход к манёвренным режимам требует пересмотра расчётов ресурса оборудования, анализа циклической прочности, обновления регламента и согласования с Ростехнадзором. Для персонала это новые режимы в программах подготовки и на тренажёре, для подрядчиков — расширенный объём контроля состояния оборудования, которое теперь работает в переменных нагрузках.

Атом-Плюс работает с организациями, которые обеспечивают эту сторону дела: разрабатывает программы обеспечения качества, готовит комплекты документов на лицензии Ростехнадзора и оформляет разрешения работникам объектов использования атомной энергии. Если ваша компания участвует в работах на энергетических объектах атомной отрасли, оставьте заявку в форме ниже.

Фото: Wolfmann, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0