Першу частину статті читайте тут.
В цьому матеріалі ми розглядаємо альтернативи брудним вугільним ТЕС. Щоб їх замінити, потрібно ввести в експлуатацію якісь інші маневрові потужності (які можуть швидко нарощувати виробництво під час пікового попиту на електроенергію, і зменшувати генерацію, коли енергія в мережі не потрібна). В першій частині ми розглянули газотурбінні електростанції, газопоршневі установки і біометан. Рушаймо далі.
«Зелений» водень
«Зелений» водень отримують методом електролізу: беруть воду, пропускають через неї електричний струм, отримують водень і кисень. Важливо щоб струм для електролізу був екологічно чистим – з вітрових або сонячних електростанцій, або ж від АЕС (атомна енергетика теж має низький вуглецевий слід). Тільки такий водень може вважатися «зеленим».
Зверніть увагу, поки що мова йде не про генерацію електроенергії, а про її споживання.
Ба більше, існують проєкти, в яких сонячні або вітрові електростанції будуть працювати виключно на виробництво «зеленого» водню. Такі СЕС і ВЕС навіть не будуть під’єднані до електромереж, а тільки до електролізера (установка, де відбувається електроліз), а той – до газотранспортної системи, здатної транспортувати водень. А все тому, що без «зеленого» водню не може функціонувати ні «зелена» металургія, ні «зелена» хімічна промисловість. Та і «зеленому» транспорту він потрібен. Тому просто взяти і спалити великі обсяги «зеленого» водню в газотурбінній установці для виробництва електроенергії – це неймовірна розкіш (прогнозують, що ціна «зеленого» водню може зрівнятися з ціною природного газу аж у далекому 2050 році).
Але існує спосіб отримання електроенергії з водню, коли не треба нічого спалювати. Це технологія водневих паливних комірок. Паливні комірки – це такі невеликі порожнини, стінки яких вкриті каталізатором. Завдяки цьому каталізатору і мембрані відбувається процес, зворотній до електролізу: на вході водень і кисень (повітря), на виході – вода, тепло і електричний струм. Жодних шкідливих викидів!
Технологія водневих паливних комірок уже використовується в транспорті, який працює на водні. Там ця технологія конкурує з літій-іонними акумуляторами. Якщо будуть вирішені питання водневої інфраструктури і вартості водню, то електромобілі «на комірках» стануть нічним кошмаром для Ілона Маска і його електромобілів «на батарейках».
Чи може ця технологія бути маневровою?
Суто технічно – так. Водневі паливні комірки можна вмикати і вимикати регулюючи подачу в них водню. Найбільша у світі електростанція на водневих паливних комірках Shinincheon Bitdream в Інчхоні, Південна Корея, має потужність лише 79 МВт. При цьому її будівництво обійшлося у 300 млн доларів, що робить «зелений» водень радше технологією майбутнього, ніж актуальним рішенням.
Гідроенергетика
Гідроенергетика є традиційним для України видом генерації з часткою 6,7% електроенергії станом на 2021 рік. Гідроелектростанції (ГЕС) давно і плідно використовується для маневрування в енергосистемі. Такі станції дуже гнучкі і їхня потужність може швидко варіюватися від 0% до 100% (таким чином, виробляти менше енергії під час непікового періоду та швидко збільшувати генерацію у пікові моменти). Водночас вони можуть працювати і як станції базової генерації електроенергії.
Також існують гідроакумулюючі станції (ГАЕС), які від початку створені саме для маневрування. Принцип їхньої дії простий. Вночі, коли є надлишок електроенергії, виробленої базовою генерацією, воду закачують з основної водойми (річки, озера) у розташовану вище за рівнем спеціальну водойму (часто це щось типу штучного озера). А коли потужності в енергосистемі не вистачає, раніше закачані обсяги води спускають вниз через турбіну генератора.
З огляду на порівняно невисоку вартість електроенергії у гідрогенерації і відсутність викидів парникових газів, здається ось воно – ідеальне рішення. Але питання полягає в тому, чи можемо ми помітно наростити потужності гідроенергетики в Україні? Проблема в тому, що побудова нових гідротехнічних споруд на річках призводить до затоплення значних територій (в Україні переважає рівнинний ландшафт), погіршення якості води в річках, зменшення біорізноманіття.
Останні великі гідроенергетичні проєкти, які планувалося здійснити в Україні, так і не були реалізовані через нищівну критику науковців і природоохоронців. Ані каскад із 6 ГЕС на Дністрі, ані побудова Канівської ГАЕС чи добудова Ташлицької ГАЕС не були схвалені експертами. Майбутня відбудова підірваної росіянами Каховської ГЕС (про що вже оголосив уряд України) теж викликає багато питань. Наразі ця ініціатива виглядає радше як спроба отримати фінансову допомогу і освоїти її, а не як обґрунтоване в усіх аспектах рішення.
Ті самі проблеми виникають і з так званою малою гідроенергетикою, тобто з ідеєю побудови чи відновлення роботи сотень невеликих ГЕС на малих річках. На шальках терезів в цьому випадку сумарна потужність в кілька сотень МВт і тотальна зарегульованість тих річок, які ще течуть. Це суперечить європейському тренду, який полягає у тому, щоб навпаки звільняти річки від дамб. Наприклад, в межах програми Dam Removal Europe демонтували майже 5 тисяч гребель у Франції, Швеції, Фінляндії, Іспанії, Великобританії та багатьох інших країнах.
Отже, потенціал гідроенергетики в нарощуванні маневрових потужностей лежить аби що в площині модернізації вже існуючих об’єктів. А значить, не такий він вже і великий. Додайте сюди зменшення водності річок, спричинене змінами клімату. Воно щороку знижує потенціал гідроенергетики як такої. До речі, для виробництва «зеленого» водню теж буде потрібна вода. Тому водність наших річок може зменшитися ще сильніше.
Модульні атомні електростанції
Загалом, атомна енергетика – це базова генерація, а не маневрова. Хоча ті блоки, які Україна збирається побудувати спільно з Westinghouse (США), дозволять безпечно маневрувати в межах 30-40% потужності. Тобто навіть на рівні великих реакторів з’являються певні можливості. Інша річ, що нові великі реактори не будуть побудовані швидко.
Більш перспективними в цьому плані виглядають малі модульні реактори (ММР). Це нова технологія, яка стрімко розвивається. ММР мають порівняно меншу потужність – 100-300 МВт, та менші розміри проммайданчика – 40 тис. м2. Для порівняння: потужність стандартних енергоблоків українських АЕС складає 1000 МВт, а площа традиційного реактора – близько 400 тис. м2.
Особливістю ММР є те, що вони складаються з модулів, які можуть виготовлятися на заводах та монтуватися безпосередньо в місці розташування станції. Але в контексті нашої статті найважливішою особливістю ММР є їхня висока маневровість.
Головний недолік ММР полягає у тому, що це абсолютно нова технологія, яка не достатньо апробована в світі. Тому про реальні вади, як і про плюси, можна буде говорити лише з конкретного досвіду. Може саме тому компанії, які є лідерами в розробці і виготовленні ММР, мають зацікавленість в проєктах на території України – чому б не випробувати нову технологію в країні, яка змушена шукати нові рішення прямо зараз?
Серед перспективних проєктів, про які повідомлялося в ЗМІ, згадувалися ММР в комбінації з електролізерами для виробництва «зеленого» водню. Але нас більше зацікавили повідомлення про можливу інтеграцію ММР і вугільних ТЕС. Оскільки вугільні ТЕС вже мають низку готових рішень, їхні майданчики буде простіше переобладнати для спорудження ММР. Це дозволить скоротити капіталовкладення та знизить вартість проєкту будівництва таких атомних електростанцій.
В цьому контексті повідомлялося, що компанія ДТЕК провела попередні переговори з Rolls-Royce про встановлення малих модульних реакторів на майданчиках їхніх ТЕС. Обидві сторони спільно вивчатимуть можливість переобладнання до восьми наявних майданчиків вугільних електростанцій. Не знаємо як вам, але нам здається дещо необачною перекваліфікація ДТЕК в оператора ядерних установок. Технічний стан їхніх ТЕС ніколи не був на висоті, а заявлена при приватизації екологізація не була реалізована навіть на чверть. То чи можна довірити такій компанії управління ядерними об’єктами?
Замість завершення
Підсумовуючи цей огляд мусимо сказати, що ідеального розв’язку проблеми маневрової генерації не існує. Цілком можливо, доведеться шукати якийсь розумний мікс методів і технологій, перелічених нами. Крім того, частково проблему маневрування можна вирішити і без створення додаткових генеруючих потужностей. Адже існують технології накопичення і зберігання енергії, які теж мають маневровий потенціал. А ще є рішення на рівні управління енергосистемою. Все це ми розглянемо у наших подальших публікаціях.
Ця публікація створена за фінансової підтримки Європейського Союзу в рамках проєкту EMITTER. ЇЇ зміст є винятково відповідальністю ГО SaveDnipro і не обов’язково відображає погляди Європейського Союзу.