Детальніше про потенціал, стан справ у сфері малої гідроенергетики, можливості використання її потенціалу для енергосистеми України читайте в статті віце-президента, члена президії Громадської спілки «Асоціація «Гідроенергетика України», директора проектного інституту «Енергоінжпроект» Дмитра Сумського, екс-директора НЕК «Укренерго», члена ГС «Асоціація «Гідроенергетика України» Юрія Касіча та фахівця енергетичної галузі Євгена Сумського.
«Витоки» малої гідроенергетики України
На початку 50-х років минулого тисячоріччя завдання електрифікації сільського господарства країни вирішувалося поєднанням централізованого і місцевого енергопостачання. Основним напрямком сільської електрифікації стало будівництво місцевих енергосистем, до складу яких входили малі ГЕС і дизельні електростанції.
У 60-ті роки в Україні працювало близько 1 тис. малих ГЕС загальною потужністю близько 300 МВт. У 70-80-ті роки з розвитком великих теплових, атомних і гідроелектростанцій, централізацією енергопостачання, інтерес до малих ГЕС зник, почалася їх консервація та стихійний, неконтрольований демонтаж та занепад.
На сьогодні в Україні нараховується близько 150 малих ГЕС (в подальшому будемо мати на увазі ГЕС встановленою потужністю менше 10 МВт). Загальна встановлена потужність малих ГЕС в Україні становить близько 180 МВт (зі Звіту оператора системи передачі за 2020 р.). В 2020 р. це складало лише 0,2 % від загальної встановленої потужності електростанцій ОЕС України. Це дуже мала величина.
Потенціал малої гідроенергетики
Україна має значний потенціал розвитку малої гідроенергетики, по її території протікає понад 60 тисяч невеликих річок. Найбільший потенціал розвитку малих ГЕС припадає на гірські регіони України. За інформацією з різних джерел, дослідження показують можливість будівництва лише в Карпатському регіоні сотні малих ГЕС потужністю близько 400 МВт.
При цьому їх зведення ніяк не позначиться на екологічному стані і не принесе шкоди природі. Крім того, є можливість без значних капіталовкладень відновити близько 100 старих малих ГЕС.
Гідрологічна посуха торкнулася всієї Європи, і Україна, на жаль, не лишилася осторонь. Але є декілька цікавих і важливих уточнень.
Є таке важливе визначення в енергетиці, як «Коефіцієнт використання встановленої потужності» (КВВП). Цей коефіцієнт показує, як повно використовується потужність станції протягом конкретного періоду часу. Чим він вище – тим краще, тим більше часу ГЕС працює з повною потужністю всіма гідрогенераторами, а не зупинена із-за відсутності гідроресурсів. Будемо відвертими, майже на всіх ГЕС, побудованих в минулому столітті, КВВП, на жаль, знижується.
Наприклад, для однієї із найбільших серед малих ГЕС України Глибочанської станції за результатом 2022 р. КВВП склав 0,12, а ще в 2010 р. складав 0,5. І це стосується, мабуть, більшості малих ГЕС Європи. Але це не привід для зупинки розвитку малої гідроенергетики.
Зазначимо, що для малих ГЕС світу середній показник КВВП складає близько 0,4, і це вважається непоганим показником. Ми розуміємо, що рік на рік не схожий стосовно наявності гідроресурсів, тому ГЕС проектуються з деяким запасом встановленої потужності генераторів. І давайте не будемо забувати, що операційна цінність ГЕС уявляє собою не тільки електричну енергію, яка виробляється, а перш за все - електричну потужність!
На фоні доволі масштабного зниження КВВП, в Україні є окремі приклади збільшення КВВП, що доводить – мала гідроенергетика лишається актуальною! Прикладом, як то не дивно, є рівнинні малі ГЕС, які розташовані на північному лівобережжі України. Останні роки показали значне збільшення КВВП ГЕС в Чернігівській області – 0,6 (середньорічний), він змінюється від 0,24 в квітні до 0,92 в листопаді, ГЕС Сумської області – 0,9 (середньорічний) - від 0,32 в серпні до 1,0 в декількох інших місяцях року.
На сьогодні, за даними «Міжнародного центру малої гідроенергетики», малі ГЕС ефективно використовуються у 148 країнах світу. Загальна встановлена потужність малої гідроенергетики у світі становить майже 79 ГВт, що на 5% вище в порівнянні з даними за 2013 р. Загальновідомий потенціал малої гідроенергетики підвищився у порівнянні з 2013 р. до 217 ГВт, на 24%. В цілому в світі станом на 2021 р. освоєно близько 38% загального потенціалу малої гідроенергетики. Для порівняння, в світі рекордсменом по малій гідроенергетиці є Китай – 80 тис. малих ГЕС , і вони складають близько 20% річного виробництва електроенергії в країні. Це дуже значущий показник. В США розташовані 10 тис. таких станцій, при цьому на тамтешніх малих ГЕС виробляється 50% електроенергії з гідроресурсів. Німеччина, Австрія, Італія, Франція також мають в своєму складі не сотні, а тисячі малих ГЕС. Ці країни максимально використовують всі можливі відновлювальні та екологічно чисті джерела енергії, і планують далі їх підтримувати та розвивати.
ГЕС можна використовувати значно ефективніше, ніж сьогодні це робиться в усьому світі! І Україна має шанс бути першою!
Ми впевнені, що в умовах війни малі ГЕС - це цінний ресурс, щоб протидіяти наслідкам терористичних атак на енергетику країни. Малі ГЕС здатні забезпечити електроенергією навколишні населені пункти разом з усією інфраструктурою (лікарні, зв’язок тощо) практично необмежений час, навіть в умовах повного «блекауту» країни.
Кожне окреме (!) невеличке джерело електричної енергії не несе стратегічної цінності, натомість, всі вони (маленькі джерела) вкупі цінні (!), як загальне джерело енергії в Україні. Мала гідроенергетика є частиною розподіленої генерації будь-якої енергосистеми. Вона в рази підвищує надійність і економічність функціонування як енергосистеми в цілому, так і розподільчих мереж – ця генерація максимально наближена до кінцевого споживача, вона знижує загальні технологічні втрати електричної енергії в розподільчих мережах.
Малі ГЕС на ринку електроенергії
В умовах ринку електричної енергії в Україні малі ГЕС (як і більшість ВДЕ) працюють фактично без урахування технологічних потреб енергосистеми. Іншими словами - «не керовано» в розумінні паралельної роботи в складі великого енергетичного об’єднання (ОЕС України). Тобто, сонце світить - СЕС виробляє енергію, є вода - ГЕС працює на повну потужність і вдень і вночі. Чому? Тому що існуючий «зелений» тариф не стимулює враховувати:
- реальні режими роботи ОЕС України, наявність максимумів і мінімумів навантаження,
- різну вартість електричної енергії для покриття максимумів / мінімумів,
- відмінностей цін на різних сегментах ринку (РДН, внутрішньодобовому, двосторонніх договорів, РДП та балансуючому) тощо.
Діючі ВДЕ сьогодні отримують кошти за електричну енергію, яку виробили незалежно від того, коли (в який час доби) вони її генерували. Але так, в найкращому випадку, триватиме лише до 31 грудня 2029 року (кінець дії «зеленого» тарифу відповідно до Закону України). Вартість електричної енергії в розрізі доби, тижня, місяця коливається. Класично, сама дешевша електроенергія - вночі (профіцит генерації), найдорожча в вечірній максимум (дефіцит генерації), також це залежить від поточного сезонного балансу (зима/літо, повінь).
На енергетичному ринку можуть складатися гостродефіцитні періоди, коли реальна вартість електричної енергії може бути дорожче, ніж фіксований «зелений» тариф, тому що її немає в достатніх обсягах (таке іноді відчувають всі країни, а Україна – щорічно).
Працювати «по-новому» треба починати вже сьогодні. Сьогодні треба вчитися керувати режимом генерації ВДЕ в розрізі доби, тижня, місяця та року, та доукомплектовувати їх необхідним устаткуванням.
Однією із стратегій безболісного впровадження великих обсягів ВДЕ в енергосистему є локальна інтеграція ВДЕ з іншими ресурсами. Йдеться про підвищення частки власного споживання енергії, виробленої на місці, завдяки використанню комплексу рішень. Наприклад, комбінація малої гідроенергетики з системами накопичування електричної енергії (СНЕ). Тип СНЕ повинен бути визначений для конкретних умов малої ГЕС. Оперативні (короткотермінові) джерела накопичення, як ті ж електрохімічні елементи з коротким терміном ефективного зберігання (6-24 годин), можуть бути використані на ГЕС для добового регулювання. Стратегічні або довготермінові джерела, як то перетворення електричної енергії в синтетичні гази з великим терміном зберігання, можуть бути використані на ГЕС річного чи сезонного регулювання. Такий підхід до розвитку ВДЕ дозволяє значно знизити потреби в інвестиціях у розподільчі та передавальні мережі для інтеграції розподілених та потужних СНЕ.
З 24 лютого 2022 р. країна змінилася. Наведемо приклад, як малі ГЕС можуть працювати в енергосистемі України та регулювати добовий графік.
На приведених графіках вказані потужності реальних малих ГЕС України (без назв та географічної прив’язки).
Перший графік показує, як малі ГЕС працювали «раніше», роками до того, як ми в компанії якій? впровадили зміну режиму роботи малих ГЕС з «рівного» на «змінний» профіль добового графіку.
Другий графік показує як малі ГЕС можуть працювати в режимі добової зміни потужності під технологічні вимоги ОЕС України (тобто під профіль навантаження енергосистеми України).
Різниця очевидна. Профіль графіку добової генерації ГЕС кардинально змінився, а кількість водних ресурсів і виробленої електричної енергії залишилась та сама. Користь для ОЕС України також очевидна. Так, звісно, величини діапазону регулювання, як для ОЕС України в цілому, дуже невеличкі (навіть непомітні) - близько 6-7 МВт, але ж «зі світу по нитці - голому сорочка». В наведеному прикладі приймають участь лише дев’ять малих ГЕС України встановленою потужністю 12 МВт. Це ГЕС, які можна віднести до рівнинних та ще всі вони мають, хоч і обмежені, але водосховища, тобто акумулятори водних ресурсів. Але це не може бути обмеженням для участі в добовому регулюванні (про це буде трохи пізніше).
Нагадуємо, що Україна налічує близько 150 малих ГЕС зі встановленою потужністю близько 180 МВт.
Тому вже сьогодні, так, саме сьогодні (!), при бажанні, а краще - невеличкому стимулюванні, можливо досягнути більш значущих величин діапазону регулювання малих ГЕС. Що це дасть? Це забезпечить зниження обсягу застосованих відключень споживачів в вечірній максимум навантаження енергосистеми! А також, в будь-якому випадку, зниження фінансових витрат на регулювання в ОЕС, які закладені в тариф «Укренерго» та відповідно вартість електричної енергії для кінцевого споживача. Хоча це дуже невеличкі величини, але ми не така багата країна, щоб марнувати будь-яку можливість ставати більш ефективними, тим паче під час війни.
Не всі малі ГЕС України мають можливість накопичувати водні ресурси в водосховищах. Але і такі ГЕС мають можливість приймати участь в добовому регулюванні. Наведемо приклад можливості залучення малих ГЕС до підтримання балансу (маневрування) в ОЕС України протягом доби.
Приклад застосування малої ГЕС та СНЕ
Як вже зазначалося, загальна встановлена потужність малих ГЕС складає близько 180 МВт.
Розглянемо встановлення на кожній малій ГЕС електрохімічної СНЕ максимальною потужністю, яка дорівнює максимальній потужності малої ГЕС, з ємністю (кВт-г), яка дозволить працювати малій ГЕС на «зарядження» СНЕ протягом 4 - 6 годин.
У результаті цього отримуємо :
- малі ГЕС в нічній зоні відключатимуться за командою ОСП від ОЕС України і при цьому працюватимуть винятково на зарядження своєї СНЕ. Тобто «чиста» енергія і водний ресурс не втрачаються, а накопичуються на майданчику малої ГЕС;
- для участі в регулюванні ГЕС технологічно не потрібно мати водосховище;
- малі ГЕС у денній зоні чи в максимуми (ранковий чи вечірній) працюватимуть у складі ОЕС України і одночасно додатково віддаватимуть в мережу електричну енергію з СНЕ, накопичену вночі. Така електроенергія має гарантоване походження з малої ГЕС (ВДЕ), тобто є екологічно чистою;
- використаний ресурс наявної енергетичної інфраструктури (існуючі схеми видачи потужності малих ГЕС на наявні земельні ділянки);
- ОЕС України отримує додатково 180 МВт високоманеврової, екологічно чистої, регулюючої, географічно розподіленої потужності.
Виробники електричної енергії на малих ГЕС України повинні об’єднатися для роботи в загальній балансуючій групі з єдиним центром автоматизованого управління режимом роботи як класичних ГЕС (з водосховищами), так і гібридних малих ГЕС (з СНЕ).
Розвиток майданчиків розташування малих ГЕС з усією енергетичною інфраструктурою (електричні мережі, персонал тощо) можна розглядати як поступову трансформацію одного виду енергетичного підприємства (гідроенергетика) до іншого (як приклад, системи перетворення та збереження енергії).
Дієві кроки
Зробимо важливе застереження: якщо Україна не буде доводити реальними кроками, а не розмовами, своє бажання розвивати ВДЕ мінімум в темпах, які передбачені в чинній Енергетичній стратегії країни до 2035 р. (а це 25% виробництва з ВДЕ в загальній структурі), будьте певні, що ми зазнаємо втрат, адже Європейський Союз буде захищати своїх виробників та економіку від товарів, вироблених в Україні. ЄС буде захищати європейських виробників від дешевої конкуренції з країн та регіонів, де кліматичні норми не виконуються, шляхом створювання прикордонного коригувального механізму для забезпечення конкурентоспроможності європейських товарів та запобігання викидам вуглецю. Іншими словами, це буде значне підвищення ставок ввізних мит.
Зазначимо ще важливий аспект. Як ви думаєте, чому провідні світові виробники енергетичного обладнання «не дуже активно» будували заводи в Україні, не дивлячись на всі публічні запрошення влади? Чому до війни наші національні промислові гіганти машинобудування з величезними труднощами й то на мінімальному рівні виконували замовлення і поступово зупинялися? Все просто - а навіщо будувати і виробляти високотехнологічну продукцію в країні, де немає ринку збуту і крило доставки обладнання в інші країни буде дуже довгим, і відповідно продукція не буде конкурентоспроможна? Повоєнне відновлення енергетики України з широким впровадженням ВДЕ дозволить зменшити приведену вартість нових джерел енергії в Україні за рахунок зменшення логістичної складової у кінцевій вартості обладнання із-за можливого перенесення (в т.ч. з росії) промислових потужностей провідних світових виробників в Україну чи відновлення власного машинобудування. А це – податки, робочі місця, відновлення індустріального потенціалу нашої країни.
Маємо визнати, що країна - сировинний придаток - ніколи не буде мати реальної незалежності. Натомість, індустріально розвинута країна – це один з елементів справжніх безпекових гарантій сильної повоєнної України!
