Единая национальная электрическая сеть как инфраструктурная

В. В. Бушуев1
(журнал «Энергетическая политика», №5, 2011, стр. 33–39)
ЕДИНАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СЕТЬ
КАК ИНФРАСТРУКТУРНАЯ ОСНОВА
ЕДИНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ РОССИИ
Постановлением Правительства РФ от 11.07.2001 г. № 526 «О реформировании электроэнергетики
Российской Федерации» ЕЭС России признана «общественным достоянием и гарантией энергетической
безопасности государства». Основной ее частью является единая национальная электрическая сеть (ЕНЭС),
обеспечивающая энергетическую целостность России.
Автор пытается представить стратегическое видение ЕНЭС как инфраструктурной основы ЕЭС и ее
интегрирующую роль в сохранении и развитии России на евроазиатском континенте.
Ключевые слова: единая энергетическая система, национальная электрическая сеть, евроазиатское
энергетическое пространство, глобальная и региональная энергетическая безопасность, энергетическая
инфраструктура.
В системе национального богатства одним из важнейших природных факторов является
пространство, занимаемое государством на карте мира, — его территория и местоположение. Этот факт
определяет как геополитическую роль России, так и ее социально-экономическое значение. Причем
территория — это не только вместилище ресурсов лито-сферы (недр), био- и гидросферы. Роль и
значение территории определяются ее емкостью для военной неуязвимости страны, для размещения
производительных сил, для качественного разнообразия географических условий, способствующих
развитию культурно-национальных особенностей народов, проживающих на территории этой страны.
Местоположение России на евроазиатском континенте определяет ее особую роль как связующего звена
между Востоком и Западом, Арктикой и южными районами Азии. Эта связь касается как транспортных
коммуникаций, так и социальной интеграции народов России и соседних с ней государств.
Эффективное использование российского пространственного фактора возможно только при
соответствующем развитии территориально-производственной и общественно-коммуникационной
инфраструктуры, обеспечивающей целостность государства, его безопасность и эффективность
социально-экономического развития.
Особое значение для России имеет энергетическая инфраструктура, что обусловлено как
необходимостью обеспечения энергией всей территории и всех мест компактного и
децентрализованного проживания населения, так и географической особенностью неравномерного
распределения первичных ТЭР и центров энергопотребления по территории страны. За годы
существования СССР инфраструктурному развитию страны в целом и особенно ее восточных районов
уделялось значительное внимание.
Активно развивались угольно-металлургическая база Кузбасса, территориально-производственные
комплексы на основе ГЭС Ангаро-Енисейского каскада и энергоемких отраслей промышленности,
железнодорожные, нефтегазовые и энергокоммуникации.
Была сформирована мощная ОЭС Сибири, и велась активная работа по ее подключению на
параллельную работу с ОЭС Казахстана и Средней Азии, ОЭС Урала и Востока в рамках Единой
электроэнергетической системы страны.
К сожалению, в постреформенной России необходимого внимания энергетической интеграции, а,
следовательно, обеспечению ее инфраструктурной целостности не уделялось.
РАО «ЕЭС России» прекратило свое существование, а его многочисленные наследники — ТГК и
ОГК — в своем развитии были предоставлены сами себе.
Виталий Васильевич Бушуев — Институт энергетической стратегии, генеральный директор, д. т. н., профессор,
e-mail: [email protected].
1
33
Существование самой ЕЭС как общенационального достояния, обеспечивающего энергетическую
безопасность страны и ее регионов, оказалось во многом декларативным.
Ориентация на самобаланс регионов по производству и потреблению электроэнергии привела к тому,
что в структуре генерирующих мощностей произошла монополизация газовых ТЭС с поставкой топлива
из ЯНАО в европейские районы страны по тысячекилометровым трубопроводам. При этом резко
сократились поставки кузбасского угля в эти районы, а строительство ГРЭС КАТЭК прекратилось.
Резко сократились и перетоки электроэнергии по межсистемным связям. А зимой 2009/2010 гг. после
аварии на Саяно-Шушенской ГЭС осуществлялся транспортный переток электроэнергии из дефицитной
по топливу ОЭС Урала в энергоизбыточные (по углю и гидроэнергии) районы Центральной Сибири.
Под угрозой энергетической безопасности оказались многие районы Дальнего Востока, несмотря на
избыток гидроэнергии в его западной части (на Зейской и Бурейской ГЭС). Энергетические анклавы
(Вилюйский район Якутии, Магадан, Сургутский район) соседствовали с энергодефицитными районами
Бурятии, Приморья, северных территорий, где приходилось завозить топливо и ограничивать
энергопотребление. Все это не только не содействовало электрификации страны, но и привело к
остановке промышленности и оттоку населения из многих восточных районов страны.
Электроэнергетика во многом перестала быть локомотивом промышленного и социальноэкономического развития страны, а стала ориентироваться лишь на минимальные требования
выживаемости населения в этих регионах. Развитие распределенной энергетики, независимой от
крупных энергетических компаний, сдерживается монопольным положением последних. Для них
дефицит стал источником дополнительных прибылей за счет дорогостоящей платы за право
подключения нагрузки и допуска автономной генерации к распределительным сетям. В конкурентной
борьбе между централизованными и децентрализованными системами пока страдает потребитель.
Государство, пытаясь сдержать рост тарифов на электроэнергию, ущемляет интересы внешних
инвесторов, не получающих возврата вкладываемых средств. А сам потребитель, не будучи акционером
энергетических компаний, естественно, не заинтересован в росте их прибылей и капитализации.
Вкладывая бюджетные средства в развитие новых генерирующих источников, государство лишь
поощряет монополизм и иждивенчество энергетических компаний.
В результате электроэнергетика стагнирует, что снижает ее роль и значение в инфраструктурном
развитии страны. При этом отсутствует четкое понимание системной организации электроэнергетики на
всех уровнях — федеральной и местных энергосистем.
Главная задача государства заключается не в том, чтобы непосредственно инвестировать в
электроэнергетику, а в том, чтобы создавать условия для привлечения инвестиций как самих компаний,
так и портфельных инвесторов и средств самих потребителей. Создание условий — это, прежде всего,
выработка стратегической линии, формирование дорожной карты развития электроэнергетики на уровне
федеральной энергосистемы (ФЭС), являющейся системообразующей конструкцией всей ЕЭС страны.
Реализация этой стратегии, естественно, потребует и государственного участия (путем прямых
вложений или госгарантий) в создании энергетической инфраструктуры верхнего уровня — ЕНЭС. В
дополнение к государственным средствам для развития ЕНЭС могут быть привлечены и частные
инвестиции того бизнеса, который в долгосрочном плане будет заинтересован в использовании
энергетической инфраструктуры для размещения своих энергоемких производств или для добычи ТЭР
на новых территориях. Государство впоследствии вернет вложенный капитал в инфраструктурные
проекты за счет освоения этих территорий, создания территориально-производственных комплексов,
городов и других социальных кластеров.
Территория, оснащенная развитой электроэнергетической инфраструктурой, является
важнейшим элементом национального богатства страны. А само национальное богатство — не
самоцель, а средство, потенциал для устойчивого развития. Если взглянуть на карту России (рис. 1), то,
к сожалению, приходится констатировать, что энергетическая инфраструктура развита только в
европейской части, преимущественно в зоне централизованного энергоснабжения. По мере
продвижения на восток эта зона сужается, ограничиваясь территорией вблизи Транссиба. Небольшие
социально-производственные кластеры типа Южно-Якутского, Усть-Илимского, Норильского и даже
Ямало-Ненецкого ТПК представляют собой энергопромышленные анклавы, инфраструктурно слабо
связанные с ЕЭС страны. Сооружение отдельных железных дорог и трубопроводов (типа БАМа,
34
газопровода Ямал — Урал и нефтепровода ВСТО) не обеспечивает должного освоения территорий, по
которым проходят эти коммуникации.
(Де) централизация в России
Централизация / децентрализация систем («золотая пропорция»)
0,62:0,38 – для концентрированной нагрузки
0,38:0,62 – для распределенной нагрузки
Примечание. Область ценрализованной энергетики — синий цвет,
децентрализованной энергетики — желтый цвет
Источник: ОИВТ РАН.
Рис. 1. Энергетическая (де)централизация в России
Только электрификация восточных районов способна вдохнуть жизнь в эту территориальную
«пустошь», обеспечить их развитие на базе освоения уникальных природных ресурсов, которыми богата
страна (углеводороды, залежи недр, вода, лес).
Главное же — энергетическая инфраструктура позволит сделать эти районы приемлемыми и
удобными для проживания населения, не опасаясь их поглощения другими народами, проживающими в
странах АТР в стесненных географических и ресурсно-дефицитных условиях.
Необходимо еще раз подчеркнуть, что энергетическая инфраструктура страны не обязательно
означает наличие уникальных дальних и сверхдальних электропередач для подключения удаленных и
пока малообжитых районов к ЕЭС страны. Такие линии могут понадобиться впоследствии, когда
восточные центры генерации и энергопотребления будут достаточно мощными (20…30 ГВт), с тем
чтобы электрические связи между ними (ВЛ СВН 500…1150 кВ с пропускной способностью 2…4 ГВт)
соответствовали 10…15 % объединяемых узлов.
Энергетическая инфраструктура в районах со слабо концентрированной нагрузкой и отсутствием
крупных энергоисточников может формироваться на базе автономных энергосистем с распределенной
генерацией на основе использования местных, в том числе возобновляемых, энергоресурсов. Но одной
из задач обеспечения энергетической целостности страны является повсеместное развитие
электрификации, в том числе душевого электропотребления в этих малообжитых районах до уровня
10…12 тыс. кВт.ч, в 1,5…2 раза превышающего среднее значение для страны (7,2 тыс. кВт.ч). Это
необходимо для того, чтобы с помощью электричества не только зажечь лампочку Ильича в этих
медвежьих углах, но и обеспечить достаточно комфортные условия проживания и необходимую
повышенную энерговооруженность труда населения в таких районах.
В то же время необходимо стремиться к тому, чтобы росла плотность энергетических мощностей на
этой территории, доводя ее если не до среднероссийской, то до уступающей развитым районам не более
чем в 3…5 раз, т. е. до уровня 10 кВт/км2.
35
По мере развития электрификации в восточных районах они могут покрываться все более развитой
сетью линий электропередачи, связывающих местные автономные энергосистемы в региональные
объединения, обеспечивающие как надежность, так и эффективность (за счет рационального
использования природных энергетических ресурсов) энергоснабжения.
Перспективное развитие энергетической инфраструктуры должно ориентироваться на постепенную
интеграцию локальных и региональных энергосистем. При этом важным уровнем энергообъединения,
обеспечивающим энергетическую целостность страны, является ЕНЭС как базовая инфраструктурная
конструкция всей ЕЭС.
Конкретная топология ЕНЭС может отличаться для разных районов страны в зависимости от
плотности электрических связей, объединяющих удаленные центры производства и потребления
электрической энергии либо энергетические кластеры — сбалансированные по мощности энергорайоны
(ТПК, города-мегаполисы, РЭС).
На рис. 2 представлено возможное видоизменение этой топологии начиная от хаотических
бессистемных связей генерации (Г) и нагрузки (Н), включая узловую схему питания распределенной
нагрузки от концентрированных центров генерации. Эти генерирующие центры в рамках объединения
могут соединяться между собой, образуя цепочечную структуру, ныне свойственную сибирским и
восточным ОЭС.
Рис. 2. Варианты топологии электроэнергетической сети
Но несколько параллельных генерирующих цепочек с развитием межсистемных связей, в том числе в
виде многостороннего питания нагрузки, образуют в перспективе ячеистую структуру. Такая технология
уже сегодня имеет место для европейских районов страны, где базовая цепь ВЛ 500 кВ соединяет ОЭС
Центра, Поволжья и Урала. В западных и северо-западных районах эти линии смыкаются с ВЛ 330 и ВЛ
750 кВ, опорными точками для которых являются крупные АЭС, а также энергетические кластеры
Москвы и Санкт-Петербурга.
Несмотря на интенсивное развитие ЕЭЭС в СССР, общая идеология построения энергетической
инфраструктуры отсутствовала и тогда. Только этим можно объяснить наличие в структуре верхнего
уровня двух различных ступеней напряжений ВЛ СВН 154…330…750 кВ и 110…220…500…1150 кВ.
Экономически обосновано удвоение (точнее, увеличение в 2,25 раза) напряжения ВЛ при переходе от
одного класса СВН к другому. Это связано с тем, что по соображениям надежности и эффективности
целесообразно иметь не менее 3…4 параллельно идущих линий одного класса напряжения, прежде чем
переходить к линиям более высокого напряжения.
36
ВЛ следующего класса должна обладать пропускной способностью, эквивалентной суммарной по
сечению пропускной способности межсистемных связей, образуемых линиями более низкого
напряжения.
К сожалению, наличие в ЕЭС ВЛ 330…500…750 кВ является экономически не обоснованным,
приводя лишь к неоправданному расширению типов используемого оборудования.
Сегодня в структуре ЕНЭС свыше 450 тыс. км ВЛ 110 кВ и выше, в т. ч. ВЛ 110 кВ — почти 300 тыс.
км, ВЛ 220 кВ — 100 тыс. км, ВЛ 330 и 500 кВ — 50 тыс. км, а ВЛ СВН 750 и 1150 кВ — всего 4 тыс.
километров.
При ориентации на вышеуказанное соотношение ВЛ СВН должно быть не менее 25 тыс. километров.
Нынешнее отсутствие таких линий свидетельствует о серьезном отставании России (в т. ч. по сравнению
с планами развития ЕЭЭС СССР) в области освоения сверхвысокого напряжения для транспортных и
межсистемных линий, соединяющих восточные и европейские районы страны.
Разумеется, освоение нового класса напряжений (1150 кВ) оправдано лишь в случае, если в
перспективе таких ВЛ будет не одна-две, а как минимум пять-шесть.
Это вполне возможно и даже целесообразно, если рассматривать перспективную ячеистую структуру
ЕНЭС (рис. 3), состоящую как минимум из трех протяженных в широтном направлений цепочек ВЛ
1150 кВ: Санкт-Петербург — Сыктывкар — Сургут — Красноярск (КАТЭК) — Богучанская ГЭС;
Москва — Челябинск — Омск — Красноярск; Волгоград — Экибастуз — Астана — Новокузнецк —
Итат — Иркутск.
Рис. 3. Энергетические кластеры в системе ЕНЭС
Эта схема, с одной стороны, достаточно гипотетична, с другой — формирует некоторую
перспективную инфраструктуру Единой энергетической
системы страны, с которой могут
сопоставляться конкретные решения о строительстве той или иной электропередачи СВН. Структура
ЕНЭС может включать в себя не только отдельные ВЛ, но и цепочки таких линий, формирующие
межсистемные связи с заданными характеристиками: величиной пропускной способности в сечении,
показателями надежности, диапазоном нерегулярных колебаний мощности возможного управления
перетоками.
Структурная надежность ячеистой схемы ЕНЭС достигается именно тем, что при этом за счет
перекрестных связей сохраняется практически полная работоспособность всей замкнутой системы: при
выходе из строя одной линии или даже целого сечения происходит перераспределение перетоков по
37
другим связям (сечениям) без потери (существенного ограничения) нагрузки и генерирующих
мощностей. Более того, в таких схемах локализуются аварийные возмущения (небаланс мощностей) в
пределах одной ячейки без каскадного развития общесистемной аварии, т. е. сохраняется живучесть
энергообъединения.
Но главное достоинство ячеистой схемы ЕНЭС заключается в том, что она позволяет обеспечить
адаптивность всей ЕЭС к развитию отдельных энергетических кластеров и подсистем в
организационном, балансовом и технологическом плане.
Отдельные фрагменты ЕНЭС могут быть не только в виде ВЛ СВН, но и в виде вставок (и передач)
постоянного тока, кабельных линий, резонансных линий, полуволновых электропередач. Структура
ЕНЭС может сохраниться даже в том случае, если отдельные связи будут представлять собой не сетевые
компоненты, а другие технические средства для организации транспортных и межсистемных перетоков
энергии и мощности. В частности, эти перетоки могут быть в виде железнодорожного или
трубопроводного транспорта энергоресурсов и конечных потребительских продуктов. В будущем эти
поставки могут осуществляться с помощью перевозок продукции с так называемой скрытой энергией в
виде энергоемких изделий и товаров, в т. ч. электрических накопителей большой мощности. Не
исключается из рассмотрения и передача электроэнергии пучком электронов прямого действия либо
через ионо- и литосферу.
В любом случае ЕНЭС задает инфраструктурную топологию связей между отдельными районами
страны, обеспечивает ее энергетическую целостность и эффективность использования энергетических
ресурсов, неравномерно распределенных по территории России.
Структура ЕНЭС может допускать наличие отдельных связей в виде транспортных передач как
электрической энергии, так и других видов энергии (в т. ч. газа).
Транспортные функции ЕНЭС могут быть временными или постоянными. Например, для выдачи
мощности от энергообъектов, сооружаемых в районах с большими запасами природных энергетических
ресурсов (скажем, ГЭС или угля), которые невозможно или нецелесообразно транспортировать в
исходном виде в удаленные центры энергопотребления. Такие энергомосты позволяют связать ГРЭС
КАТЭК или Эвенкийскую ГЭС с Уралом и другими промышленными районами Поволжья и Центра.
Но по мере развития крупных потребителей вдоль трассы Сибирь — Урал — Центр эти энергомосты
могут трансформироваться в цепочку межсистемных связей. В частности, вполне вероятно появление в
ЯНАО крупной Новоуренгойской ГРЭС на местном низконапорном газе, а также развитие
промышленной зоны Приполярного Урала. Тогда северный мост может превратиться в цепочечную
схему с выходом на Воркуту и Северное Поволжье, создавая условия для инфраструктурного развития
территорий вблизи Северного полярного круга России. А появление меридиальных потоков энергии
вдоль Урала, Оби и Лены позволит включить эту передачу в общую ячеистую схему ЕНЭС.
В перспективе помимо связей Сибирь — Урал — Центр необходимо рассматривать электрические (и
на первых порах энергетические) связи Сибирь — Якутия — Дальний Восток. Здесь нужны поиски
новых технических решений, ибо передача сравнительно небольших потоков электрической энергии на
большие расстояния вряд ли будет оправдана с помощью обычных ВЛ СВН.
Возможно, потребуется использование специальных режимных электропередач полуволнового типа,
которые при длине 3000 км ведут себя как линии с нулевой длиной. Такие линии позволяют
организовать транспорт электроэнергии на сверхдлинные расстояния, например для выдачи
электрической мощности ГЭС АЕК или ГРЭС КАТЭК в Китай и другие сопредельные государства.
Перспективная схема ЕНЭС должна исходить из возможности развития экспортных направлений:
Восточная Сибирь — Китай; Западная Сибирь — Средняя Азия и далее на юг, вплоть до Пакистана и
Индии; ОЭС Центра — Украина — Болгария; ОЭС Северо-Запада — Балтия — Германия — Западная
Европа (ИСТЕ + Nordel).
Строго говоря, эти связи не будут транспортными электропередачами, а составят цепочку
межсистемных электропередач, осуществляющих функции взаимопомощи и взаиморезервирования
национальных электрических систем.
38
Разумеется, каждая из стран озабочена собственной проблемой энергетической безопасности и будет
решать этот вопрос самостоятельно, в т. ч. идя по пути энергетической сбалансированности и
самодостаточности, т. е. независимости от долговременных внешних поставок. В то же время
обеспечение региональной (страновой) энергетической безопасности (по ресурсному энергоснабжению)
неизбежно сопровождается объективной необходимостью интеграции энергетических систем (по
конечному энергоснабжению). По пути интеграции энергообъединений идут и США, и Европа, и страны
Африки и Южной Америки. Неизбежен этот процесс и на всем евроазиатском континенте (от Парижа до
Пекина).
Россия своим местоположением на континенте призвана сыграть интегрирующую роль в этом
объединении и превращении ЕЭС страны в мировую энергетическую систему. Подобные предложения
были разработаны и ранее [1]. Сегодня необходима их адаптация к новым условиям и новым мировым
вызовам.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Воропай Н. И., Ершевич В. В., Руденко Ю. Н. Мировая энергетическая система. Иркутск: Изд.
СЭИ СО РАН, 1995.
Поступила в редакцию
24.10.2011 г.
V. V. Bushuev2
UNIFIED NATIONAL ENERGY GRID AS INFRASTRUCTURAL BASIS
OF UNIFIED POWER SYSTEM OF RUSSIA
RF Government Resolution dated 11.07.2001 № 526 «On Restructuring the Power Sector of the Russian Federation» claims that the Unified Power System of Russia is «public property and guarantee of energy security of the
state». The Unified National Energy Grid is the main part of UPS and it supports energy integrity of Russia.
Author speaks about UNEG as an infrastructural basis of UPS and about UNEG’s integrative role in the development of Russia on the Eurasian continent.
Key words: Unified Power System of Russia, Unified National Energy Grid, Eurasian energy space, global and
regional energy security, energy infrastructure.
Vitaliy Vasilievich Bushuev — Institute of Energy Strategy, General Director, Doctor of Engineering, professor, e-mail:
[email protected].
2
39