Энергетика Арктики — это постоянный поиск баланса между надежностью, экономикой и условиями, которые нельзя изменить. Здесь невозможно полагаться на одно решение, зато есть пространство для комбинирования технологий, развития автономных систем и использования местных ресурсов.
Какие решения уже сегодня позволяют сделать северные проекты устойчивыми и предсказуемыми, кандидат технических наук, руководитель лаборатории Зеленой энергетики МГТУ им. Н. Э. Баумана Егор Локтионов рассказал изданию «О финансах и не только».
— Какие энергетические технологии сегодня наиболее эффективны для Арктики?
— Здесь все зависит от того, что мы называем эффективностью. Технические задачи, в целом, решаемы, но экономическая эффективность в Арктике часто только ухудшается. Главная проблема в том, что населенные пункты там небольшие и сильно разрозненные.
Сегодня генерация электричества и тепла, как правило, разделена. Электроэнергия в основном вырабатывается дизельными станциями, в отдельных случаях — атомными, и в небольшом объеме — газовыми. А тепло почти везде получают за счет угля. Это создает серьезные логистические сложности: разные виды топлива требуют разных способов доставки, и нельзя просто заменить одно другим.
Кроме того, при раздельной генерации возникает большая потеря энергии. Например, при выработке электричества тепло просто выбрасывается в атмосферу. В центральных регионах это тепло обычно используется для отопления — за счет ТЭЦ. Именно поэтому ко-генерация, когда тепло и электричество производятся одновременно, значительно эффективнее и технически, и экономически.
— Если рассматривать все параметры сразу, какие решения можно назвать оптимальными?
— С точки зрения чистой технологии, наиболее эффективными можно назвать атомные установки — как плавучие, так и стационарные. Но проблема в масштабе: мощность современных реакторов, как правило, значительно превышает потребности арктических поселений.
Заходит разговор о малых модульных реакторах, но об этом говорят уже давно, а в практической плоскости эти решения пока не реализованы. Поэтому из реально работающих вариантов сегодня наиболее оправданы теплоэлектростанции, где при сжигании угля или газа одновременно вырабатываются электричество и тепло, которое поступает в систему центрального отопления. Это и есть наиболее сбалансированное решение.
— Насколько критичны автономные решения для северных проектов?
— Они абсолютно критичны. В случае аварий или дефицита ресурсов взять их зачастую просто неоткуда. Сейчас, например, на Чукотке сложилась крайне сложная ситуация: уголь не был завезен вовремя, и теперь его приходится доставлять вертолетами.
Если запасы не созданы заранее, система очень быстро оказывается на грани катастрофы. Раньше существовали нормативы — минимум двухлетний запас топлива, а для некоторых объектов и трех-, и пятилетний. Но это требует инфраструктуры, а значит, серьезных вложений. Деньги при этом «замораживаются» и не работают.
«Тем не менее, чтобы не быть полностью зависимыми от внешних поставок, необходимо стремиться к максимальной автономности и использовать местные ресурсы. Пока в Арктике они задействованы минимально», — Егор Локтионов.
— Почему местные ресурсы используются так слабо?
— Часто ситуация выглядит так: есть небольшое месторождение газа, а рядом поселок, который можно было бы этим газом обеспечить. Но строительство инфраструктуры для добычи и подготовки топлива оказывается слишком дорогим для такого населенного пункта. При этом месторождение слишком небольшое, чтобы тянуть трубопровод для экспорта.
В итоге и с точки зрения экономики, и с точки зрения безопасности автономность остается ключевым фактором.
— Могут ли возобновляемые источники энергии играть заметную роль в Арктике?
— Да, безусловно. Но здесь важно избегать радикализма. Речь не идет о том, чтобы полностью отказаться от дизельных или угольных станций. Возобновляемые источники должны работать вместе с традиционной генерацией, дополняя ее.
Летом, например, можно практически полностью заместить традиционную генерацию солнечной и ветровой энергией. Зимой, когда нет солнца, а ветра могут быть слишком сильными и нестабильными, без традиционных источников не обойтись.
Поскольку основная статья затрат традиционной генерации — это привозное топливо, любое снижение его потребления существенно улучшает экономику энергоснабжения. Для небольших населенных пунктов возобновляемые источники вполне могут покрывать значительную часть потребностей. Для промышленных объектов это сложнее — там требуется высокая надежность и равномерная нагрузка.
— Какие технологические риски сегодня самые серьезные?
— Один из главных рисков — доступность оборудования. Сейчас мы во многом вынуждены переходить на импорт, в основном из Китая. Ранее оборудование поставлялось из других стран.
Вторая большая проблема — нехватка квалифицированного персонала. Переход на новые технологии требует специалистов, которые смогут их обслуживать. А удаленное обслуживание ограничено уровнем развития связи в Арктике. Даже там, где прокладывают оптоволокно, оно регулярно выходит из строя, и полагаться на один канал связи невозможно.
— Речь идет о том, что отечественные технологии не соответствуют требованиям?
— Проблема скорее в объемах. Даже если нужная номенклатура существует — газовые турбины, дизельные двигатели, газопоршневые установки, —особенно в сегменте малых мощностей, все это уходит на военные нужды и в новые регионы. В результате оборудование либо недоступно для покупки, либо его цена становится слишком высокой.
Энергетика будущего для Арктики — это сеть умных, гибких микросетей и автономных источников
— Как климатические изменения влияют на проектирование в Арктике?
— Большинство строительных нормативов разрабатывались под климат, который был 40–50 лет назад. Сейчас он заметно изменился и продолжает меняться, причем не до конца понятно, в какую сторону.
Можно закладывать параметры под более холодные условия, но это резко увеличивает стоимость проектов. С другой стороны, изменение нормативов связано с риском не пройти экспертизы, поэтому на практике этим почти никто не занимается.
Есть и инженерные проблемы. Электростанции — это вибрация, большие площади, сложные фундаменты. Все это часто строится на вечной мерзлоте, которая начинает оттаивать. В результате здания и оборудование довольно быстро переходят в аварийное состояние.
— Есть ли еще системные проблемы, которые часто упускают из виду?
— Да, это неравномерность энергопотребления. В арктических населенных пунктах разница между минимальной и максимальной суточной нагрузкой может достигать десятикратных значений. Чем меньше поселок, тем сильнее этот эффект: включение обычного чайника — уже заметное событие.
В результате оборудование работает с крайне низкой загрузкой — иногда на уровне 10% от установленной мощности. Это неэффективно и снижает ресурс техники.
Здесь важно переходить от подстройки генерации под хаотичную нагрузку к управлению самой нагрузкой — включать и отключать потребление в оптимальные моменты. Это позволяет в два, а иногда и в три раза снизить стоимость вырабатываемой энергии и повысить эффективность использования мощностей.
Егор Локтионов, кандидат технических наук, руководитель лаборатории Зеленой энергетики МГТУ им. Н. Э. Баумана.
Беседовала Карина Лунёва