Сталий соціально-економічний розвиток будь-якої країни можливий у наш час лише за державного управління (і контролю) її стратегічних галузей в обсягах не менш як 62 відсотки (менше — хаос). Найважливішою стратегічною галуззю України є її паливно-енергетичний комплекс (ПЕК). Але під свої управління і контроль роботу ПЕК держава не взяла і через це відбувається занепад економіки країни.
Так, Кабінет Міністрів України 16.03.2016 р. затвердив План дій на 2016 рік за №184-р., в якому поставив завдання здійснити «повноцінну реформу ринку електроенергії». Але досягти вагомих позитивних результатів у реформі цього ринку буде неможливо, оскільки він державою не контролюється.
За 25 років незалежності України вдвічі зменшились обсяги генерування енергії електростанціями Об’єднаної енергетичної системи (ОЕС). У 2015-му ними її було вироблено лише 163,3 млрд. кВт-год. Причинами скорочення обсягів генерації електрики ОЕС є знос обладнання електростанцій, різке зменшення обсягів використання на ТЕС/ТЕЦ мазуту і природного газу через дуже великі ціни на них, занепад промисловості країни, а також великий дефіцит маневрової потужності, який значно збільшився після того, як 2015 року терористи на Донбасі захопили 60 вугільних шахт із 95 і енергетичне вугілля стало важко доступним дефіцитом для ТЕС/ ТЕЦ, які нині ОЕС використовує для регулювання навантаження в мережах. Саме через дефіцит маневрової потужності і вугілля на ТЕС/ТЕЦ у другій половині червня ц.р. ОЕС не витримала перевантаження і Міненерговугілля запросило в Москви 600 мегаватів електричної потужності. Електрика, надана Москвою, коштувала 7,8 цент. дол. США, що вдвічі більше від тарифу на електрику з ТЕС і від ціни, за якою ОЕС продавала її в окупований Крим. Чи не соромно мати справу з окупантом?
Оскільки блоки більшості АЕС близькі до завершення 30-річного нормативного терміну їх безпечної експлуатації, а ТЕС/ТЕЦ цей ресурс практично вже вичерпали і на них закономірно почали ставатися великі аварії (Старобешівська ТЕС, Вуглегірська ГРЕС), постало питання, який тренд необхідно вибрати для успішного розвитку ПЕК та мінімізації фінансових затрат на модернізацію й підвищення техніко-економічної ефективності його роботи. Логічним у цьому випадку буде детально вивчити досвід модернізації ПЕК в розвинутих країнах світу. Найбільш актуальні дані свідчать, що більшість їх бере курс на відмову від будівництва та експлуатації АЕС, ТЕС/ТЕЦ й усіх інших типів електричних станцій, що використовують викопні енергоресурси. Так, США в 2015 році припинили експлуатацію низки ТЕС/ТЕЦ, спорудивши лише електростанції, що використовують поновлювані джерела енергії, з яких найбільше споруджено було вітряних і сонячних електростанцій (ВЕС та СЕС). ВЕС і СЕС вийшли на перші позиції також в енергетиці інших розвинутих країн світу.
Уряд України дозволив подовжити термін експлуатації АЕС на 20 років. Відомо, що за відсутності перехресного субсидування і за врахування всіх статей витрат на спорудження та експлуатацію АЕС, собівартість генерованої ними електрики є однією з найвищих порівняно з іншими типами електричних станцій (приблизно 11 цент. дол. США/кВт-год.). Якщо взяти до уваги високу собівартість електрики на АЕС, велетенські фінансові витрати на їх довготривале будівництво, втрати від аварій на АЕС «Трімайлайленд», ЧАЕС і «Фукусіма», трагічні наслідки для життя і здоров’я населення, протести й аргументи громадськості та екологів, то є очевидним, що від будівництва нових АЕС треба відмовитися, бо подальше нарощування потужності їх парку гальмуватиме розвиток економіки, погіршуватиме стан екології й умови життя.
Після аварії на АЕС «Фукусіма» цивілізовані країни світу прийняли рішення не будувати нових АЕС. За оцінками GWEC, сумарна потужність світового парку ВЕС у 2030 році досягне 2000 ГВт. Обсяги генерування ними електрики будуть вдвічі-втричі більші, ніж парку АЕС, а собівартість електрики — в 3—4 рази менша. А от лобісти інтересів РФ із НАНУ намагаються супроти здорового глузду «довести» необхідність спорудження нових АЕС. Упродовж 16 років вони «розробляють» то «Енергетичну стратегію України до 2030 року» то «Енергетичну стратегію України до 2035 року». Але справжньою стратегією в цих «опусах» і не пахне, бо в стратегії обов’язково мають бути представлені нові оригінальні рішення, які забезпечать високий результат реалізації стратегічних заходів. «Стратеги» вирахували, що фінансові витрати на модернізацію ОЕС становитимуть понад 1 трлн. грн. Де взяти такі гроші? Держенергоефективності з держбюджету на «стратегію» декілька років виділяли по 650 млн. грн. Гроші зникали невідомо куди, але якби вони навіть надходили для виконання завдань «стратегії», то виділяти їх було б потрібно впродовж майже 1500 років?!
У 2015-му розпочався глобальний перехід на «зелені» види енергії: світовий парк ВЕС досяг потужності 433 ГВт, а сонячних фотоелектричних станцій (СФЕС) — 230 ГВт. Водночас постійно відбувається зниження собівартості виробленої ними електрики. В США собівартість енергії, генерованої ВЕС, досягла 4 цент. дол. США/кВт-год. Є країни, в яких собівартість електрики від ВЕС уже менш як 3 цент. дол. США/кВт-год. і продовжує зменшуватись.
Зниження собівартості електрики на ВЕС зумовлюється неухильним удосконаленням вітрових електричних установок (ВЕУ) та будівництвом ВЕС на територіях з високим вітроенергетичним потенціалом, в першу чергу на акваторіях. На суходолі коефіцієнт використання встановленої потужності (КВВП) ВЕУ — в середньому 0,2—0,3, а на акваторіях Північного моря він досягає 0,7 і є близьким до КВВП АЕС в Україні. Позитивним є те, що водночас здійснюється децентралізація генерування електрики. Рівень централізації генерування електрики в Україні перевищує 93 відсотки, а в країнах ЄС він неухильно знижується і в ФРН, наприклад, становить лише 51 відсоток..
Порівняно з ВЕС сонячні фотоелектричні станції мають низку істотних переваг: короткий час проектування і будівництва, широкий інтервал потужності, який може становити від сотень МВт до 1 кВт, коли з’являється можливість відмовитися від спорудження трансформаторних підстанцій (ТП) і ЛЕП високої напруги і здійснювати децентралізацію генерації електрики в ОЕС шляхом створення мікромереж, втрати електрики в яких мінімальні. Найбільший недолік СФЕС у тому, що собівартість генерованої ними електрики та питомі показники капітальних витрат на їх спорудження порівняно з аналогічними показниками ВЕС поки що гірші. Кращий показник ККД сонячних фотоелектричних перетворювачів (ФЕП) становить нині лише приблизно 15 відсотків. Найближчим часом техніко-економічні показники роботи СФЕС можуть різко збільшитися. Завдяки розробкам учених із США, ФРН, Іспанії, Італії, Швеції світ стоїть перед велетенським проривом в області сонячної енергетики: в новому поколінні ФЕП їх ККД досягатиме 50—60 відсотків, а собівартість генерованої ними електрики залежно від географічної широти розташування становитиме 1—3 цент. дол. США/кВт-год. Варто підкреслити, що значний внесок у цей прорив зробили українські вчені, яких витіснили з України некомпетентні науковці, менеджери і політики, що дорвалися до влади.
Відомо, що на континенті за потужного вітру найчастіше спостерігається невисокий рівень сонячної інсоляції і навпаки — за високого рівня сонячної інсоляції спостерігається слабкий вітер. Високі швидкість вітру та сонячна інсоляція одночасно спостерігаються нечасто. Дані метеорологічних спостережень НАСА з космосу про параметри вітру та сонячної інсоляції засвідчують, що в Україні цих енергетичних ресурсів для ефективної роботи ПЕК достатньо. Тому, зважаючи на великий дефіцит енергетичного вугілля, що виник через війну з РФ на Донбасі, на відсутність реальних перспектив для фінансового забезпечення будівництва ТЕС/ ТЕЦ, на їх зношеність, а для АЕС ще й на небезпеку експлуатації, генеральним трендом модернізації ПЕК України має бути інтенсивне спорудження ВЕС і СЕС. Однак це не означає, що в ПЕК, і особливо в ОЕС, України зовсім буде виключено використання інших ПДЕ. Навпаки, якщо розрахунки засвідчать, що їх застосування сприятиме рентабельному розв’язанню проблеми регулювання добового навантаження ОЕС, то такі об’єкти, як, наприклад, геотермальні ТЕЦ, необхідно будувати без будь-яких сумнівів.
За нинішнього критичного становища в ОЕС інтенсивне будівництво ВЕС і СФЕС в Україні необхідно розпочинати негайно. Для цього уряд України має відновити «тимчасово» закриті в 1995 році галузеві інноваційний та інвестиційний фонди Міненерговугілля. Інакше заходи, пропоновані Планом КМУ для запобігання колапсу ОЕС, не буде реалізовано, вони лише загальмують виконання вкрай важливих робіт, серед яких насамперед налагодження вітчизняного серійного виробництва ВЕУ потужністю 610 кВт і будівництво ВЕС. Водночас варто відмовитись від закупівлі в країнах ЄС ВЕУ мегаватного класу потужності через їх високу вартість та великі витрати на доставку в Україну. Також необхідно провести переговори з фірмами із ФРН («ENERCON», «VENSYS», «BWU»), які не раз виявляли готовність налагодити виробництво своїх ВЕУ в Україні.
З метою збільшення фінансових можливостей і масштабів будівництва ВЕС доцільно, щоб ВЕС, побудовані за кошти галузевого фонду, виставлялися для продажу на відкритих аукціонах. Зважаючи на те, що в низці регіонів дислокації ТЕС/ТЕЦ є досить високий вітроенергетичний потенціал, необхідно, щоб побудовані тут ВЕС і СФЕС приєднувались до ТП цих ТЕС/ТЕЦ, завдяки чому будуть економитися нині дефіцитне вугілля та кошти на їх приєднання до ОЕС, а ще буде пролонгована їх експлуатація та збережено робочі місця.
Значні перспективи для будівництва рентабельних ВЕС мають акваторії водосховищ Дніпровського каскаду ГЕС. Розрахунки, виконані в 1996 році Інститутом «Укргідроенерго», засвідчили, що лише на Київському водосховищі можна спорудити ВЕС загальною потужністю майже 3 ГВт. Площа інших Дніпровських водосховищ більша і до того ж вітроенергетичний потенціал на них теж більший, тому на всіх ГЕС/ГАЕС Дніпровського каскаду економічно доцільним є створення комплексів типу ГЕС/ГАЕС+ВЕС+СФЕС. Розрахунки показали, що в цьому разі є можливість не тільки вдвічі збільшити обсяги генерування електрики в ОЕС, а й економити значні фінансові кошти, які ГЕС/ГАЕС через дефіцит води під час простоїв в літній і зимовий періоди витрачають на відбір електроенергії з ОЕС.
Варто наголосити на тому, що електричну схему таких комплексів необхідно доповнювати сучасними акумуляторами-накопичувачами, які в автоматичному режимі здійснюватимуть регулювання параметрів частоти і напруги в інтервалі їх безпечних, стандартних величин. Для Канівської ГЕС потужністю 455 МВт достатньо буде десь 10 таких акумуляторів-накопичувачів.
Акумулятори-накопичувачі доцільно застосовувати і для мікромереж, створених на базі СФЕС і ВЕС, які можуть бути приєднані або не приєднані до ОЕС. При цьому зменшується потреба в ТП та ЛЕП і досягається значна економії коштів на їх спорудження. Мікромережі мають велике майбутнє. США оцінили, що мікромережі на базі переважно СФЕС можуть забезпечити до 40 відсотків електричної енергії від загальних обсягів її генерації. Для того, щоб досягти високого рівня рентабельності застосування мікромереж, в акумуляторах-накопичувачах, необхідно зберігати багато енергії та потужності. Складнощі тут залежатимуть від обсягів зберігання енергії впродовж денного й нічного часу. Влада має встановити рівень оплати енергії, накопиченої в акумуляторах-накопичувачах.
За врахування подовження терміну роботи АЕС значна частина їх зможе експлуатуватись впродовж ще не менш як 20 років. Нині середньорічний КВВП АЕС становить 0,729 і за нинішньої ситуації в ОЕС України він неухильно зменшується. У світовій практиці найвищий середньорічний КВВП на АЕС становить 0,95. За досягнення такого КВВП обсяги електрики, виробленої АЕС в Україні, зросли б із минулорічних 163,3 млрд. кВт-год. до 212,8 млрд. кВт-год. (на 30 відсотків). Це значно зменшило б собівартість електрики та необхідність генерації її на ТЕС/ТЕЦ. Однак для цього ОЕС України не має в своєму розпорядженні достатньої маневрової потужності. У години «нічного провалу» в дні максиму зимового навантаження надлишок генерації електрики в ОЕС досягав 8 ГВт, при цьому фінансові втрати впродовж доби були надзвичайно великі і досягали півмільйона гривень. Для запобігання цим втратам Міненерговугілля і ПАТ «Укргідро-енерго» нині заявляють про необхідність створення додаткової маневрової потужності шляхом будівництва Канівської ГАЕС потужністю 1 ГВт. У Плані КМУ для її будівництва передбачено залучення коштів міжнародних фінансових організацій.
Відомо, що це вже другий, повторний, демарш владних структур щодо спорудження Канівської ГАЕС. Перший відбувся в 1999 році. Тоді місцеві активісти за підтримки екологічних організацій із Києва, Черкас і США змогли під час громадських слухань аргументовано відхилити пропозиції влади щодо включення цієї ГАЕС у державні плани будівництва і виселення жителів із території, запланованої для будівництва ГАЕС. Нині громадські слухання з цього приводу ще не проводились, а Планом КМУ вони навіть не передбачені. З огляду на характер рельєфу і геологічні умови спорудження в Україні потужних ГАЕС для регулювання навантаження, ОЕС є економічно надто дорогим і неефективним довгобудом та непотрібним архаїзмом. ЄС для будівництва високоефективних ГАЕС гігаватної потужності планують використати високогірні території в Альпах і в Норвегії, де кращі геологічні умови, більші обсяги водостоків та не потрібно нікого переселяти.
Великих втрат зазнала офіційна і галузева наука. В Міненерго було ліквідовано низку інститутів та галузеві інноваційний та інвестиційний фонди. Без відновлення цих фондів Україна модернізації своєї ОЕС здійснити не зможе! До того ж Міненерговугілля має взяти під свій контроль усі питання щодо організації проектування, фінансування й спорудження промислових ВЕС і СФЕС та освоєння серійного вітчизняного виробництва ВЕУ та ФЕП із арсеніду галію.
У 1994-му інститути Міненерго брали участь у розробці «Державної енергетичної програми України до 2010 року». Одним із заходів, украй важливих для поліпшення роботи ОЕС України, була пропозиція ДНДІ НЕЕ про створення споживача-регулятора у вигляді потужного парку теплонасосних станцій (ТНС), які б розвантажували ОЕС переважно в години «нічного провалу» та в періоди часу, коли в ній з’являється тимчасовий надлишок потужності. Через ліквідацію вище згаданих фондів Міненерго та за відсутності фінансування заходів Програми бюджетними коштами це завдання зі спорудження ТНС не виконувалось. Пропонувалося створити в Києві парк ТНС загальною тепловою потужністю 250 МВт, який би за рік економив природного газу обсягом приблизно 700 млн. м. куб. Теплові насосні станції у Вінниці газу за рік мали б економити майже 200 млн. м. куб, а в Тернополі — 50 млн. м. куб.
З огляду на великий дефіцит власних коштів за нинішньої вкрай важкої для України ситуації значного розвантаження ОЕС можна досягати шляхом масштабного впровадження систем індукційного нагріву як споживачів-регуляторів. Питомі капітальні витрати на спорудження і використання цих систем теплопостачання в 9 разів менші від фінансових затрат на європейські ТНС і в 3—4 рази менші від затрат на китайські ТНС. Отже, є можливість достатньо інтенсивно і швидко монтувати їх на наявних міських котельнях і в районних бойлерних пунктах.
Більш ефективно проблему регулювання навантаження ОЕС України можна розв’язати, якщо в додаток до ТНС і систем індукційного нагріву на всіх ТЕС/ТЕЦ, ГЕС/ГАЕС, ВЕС, СФЕС у міських котельнях і бойлерних, у цехах підприємств, у супермаркетах, у спортивних залах, на стадіонах, вокзалах, у готелях, лікарнях, школах та інших навчальних закладах буде встановлено достатню кількість сучасних акумуляторів-накопичувачів. Щодо цього доцільно також перевести всі газокомпресорні станції (ГКС) на електричний привід та встановити на них акумулятори-накопичувачі, зарядка яких відбуватиметься переважно в години «нічного провалу». Завдяки цьому здійснюватиметься не тільки розвантаження ОЕС, а й значне скорочення обсягів споживання дорогого природного газу на ГКС. Широкомасштабне застосування акумуляторів-накопичувачів на ТЕС/ТЕЦ дасть змогу значно вирівнювати нинішнє різко перемінне навантаження їх блоків, водночас відпаде ще й потреба в «гарячому резерві», що дасть можливість економити приблизно 10 відсотків вугілля, а на зекономлені кошти придбати акумулятори-накопичувачі. Фінансово вигідним буде придбання зазначених накопичувачів усіма іншими вище згаданими об’єктами, бо з мереж вони зможуть відбирати «дешеву» електрику в години «нічного провалу», а витрачати її будуть переважно в години «піку» та «напівпіку» навантаження ОЕС. Дуже важливим аргументом стосовно доцільності заміни ГАЕС акумуляторами-накопичувачами є те, що коефіцієнт перетворення в акумуляторів становить 0,9—0,96, а в ГАЕС — 0,72 і тому є значно гіршим.
За даними ОЕС України, дефіцит її маневрової потужності в 2013 році становив 3 ГВт, нині він збільшився, але це збільшення не перевищує 4 ГВт. Отже, за середньої потужності акумулятора-накопичувача 2 МВт їх в ОЕС України потрібно встановити майже 2000 комплектів. У нашій країні тільки великих підприємств налічується понад 2000 і, як зазначалося вище, більшість їх зацікавлені й фінансово спроможні купити сучасні блоки безперебійного живлення електрикою потрібної потужності. При цьому відпаде потреба у спорудженні не тільки Канівської ГАЕС, яке може тривати понад 10 років і завдати країні та населенню значних фінансових, моральних та інших збитків. Отже, усе це переконливо свідчить, що проблему дефіциту маневрової потужності в ОЕС України розв’язати можна досить швидко, без іноземних позик, без витрат бюджетних коштів, без нищення пам’яток на Канівських горах і без переселення жителів с. Бучак.
Донедавна альтернативою для ГАЕС на світовому рівні активно розглядалась можливість спорудження пневмо-акумулюючих електричних станцій (ПАЕС). У ФРН з 1978 року поблизу м. Гунторф в комплексі з ГТУ потужністю 60 МВт успішно працює ПАЕС, електрична потужність якої становила спочатку 290 МВт, а з 2006-го потужність ПАЕС збільшено до 321 МВт. ГТУ працює на природному газі і теплові скиди її запобігають зниженню потужності ПАЕС. Крім того, до ТП ПАЕС приєднано парк ВЕУ потужністю приблизно 40 МВт. Повітря для роботи ПАЕС закачується в 2 каверни об’ємом по 150 000 м. куб., які вимито в соляних пластах на глибині 450 метрів від поверхні ґрунту. Тиск повітря в кавернах підтримується в інтервалі 50—70 бар. Максимальні питомі витрати на спорудження ПАЕС оцінюються в 500 євро/кВт, мінімальні — в 200 євро/кВт, тоді як для спорудження Канівської ГАЕС планується витрачати майже 2000 євро/кВт. Для будівництва ПАЕС в Україні найбільш перспективною є зупинена соляна шахта поблизу м. Калуша, в околиці якого є ТЕЦ потужністю 200 МВт та значні ресурси геотермальних вод, використання яких замінить ГТУ на природному газі. Наявність тут готових соляних каверн, ТЕЦ, ресурсів геотермального тепла і фахівців потрібного профілю дасть змогу доволі швидко спорудити ПАЕС потужністю 3—4 МВт і зменшити до 200 євро/кВт питомі витрати коштів. Побудувати ПАЕС в Калуші мав намір інвестор із ФРН. За досвідом ФРН і США на ефективні ПАЕС можна переобладнати також недіючі газо- і нафтопроводи. З огляду на це, варто оцінити можливості 400-кілометрового нафтопроводу Одеса—Броди, який укомплектований ще й турбодетандерами і газокомпресорним обладнанням.
ОЕС України не має належних знань і досвіду для розв’язання проблеми дефіциту маневрової потужності за вище наведеними варіантами практики зарубіжних країн. Усі варіанти заслуговують на увагу і перевірку ефективності їх роботи. Необхідно буде розробити і реалізувати «Державну програму модернізації ОЕС України до 2030 року».
Борис КОРОБКО, к.т.н., академік УАН;
Леонід ШМОРГУН, д.е.н., професор, голова відділення «Стратегічного розвитку України» Української академії наук, академік;
Віктор КУНІЦИН, директор Інституту інноваційних технологій УАН, член-кореспондент УАН.
