Будущее казахстанских распределительных электросетей в эпоху декарбонизации

Ровно год назад президент Касым-Жомарт Токаев с глобальной трибуны заявил о намерении Казахстана к 2060 году добиться полной углеродной нейтральности экономики. Вопросами декарбонизации правительство занимается давно, и, пожалуй, самым главным документом, описывающим пути достижения этой амбициозной задачи можно считать вступающий в силу уже 1 июля 2021 года новый «Экологический кодекс Республики Казахстан».

Этот во всех отношениях прогрессивный документ, отражающий основные положения мировой и европейской экологической повестки, разделяет все виды экономической деятельности в стране на четыре основные категории, упорядоченные по степени уменьшения негативного воздействия на окружающую среду (Статья 12. п.1). К первой, наивысшей категории относятся «сжигание топлива, за исключением газа, на станциях с общей номинальной тепловой мощностью 50 мегаватт (МВт) и более», а также «энергопроизводящие станции, работающие на газе, с мощностью более 500 мегаватт (МВт)» (Приложение 2, Разделы 1 и 2).

Кроме того, обязательным становится проведение оценки воздействия на окружающую среду нефтеперерабатывающих заводов, газоперерабатывающих заводов, установок для газификации и сжижения угля, установок по термической или химической переработке каменного угля или битуминозных сланцев и, конечно, «тепловых электростанций и других установок для сжигания топлива с тепловой мощностью 300 мегаватт (МВт) и более» (Приложение 1, Раздел 1).

Статья 289 Кодекса относит к квотируемым по выбросу СО2 все установки электроэнергетической и нефтегазовой промышленности, объем выбросов парниковых газов которой превышает двадцать тысяч тонн диоксида углерода в год. Не надо быть аналитиком, чтобы понять — в ближайшие десятилетия энергетический комплекс Казахстана ждут тектонические изменения.

«Зеленое электричество»

Углеродная нейтральность промышленности Казахстана невозможна без широкого распространения объектов генерации электричества из возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Поэтому вполне логичными выглядят планы по переводу на ВИЭ половины всех генерирующих мощностей страны уже к 2050 году. Попробуем оценить эту задачу в цифрах.

На начало 2020 года на источники ВИЭ (включая ГЭС) приходилось 3,6 ГВт генерации при общем объеме генерирующих мощностей 22,9 ГВт. Спрогнозировать темпы роста потребления электричества на интервале 30 лет довольно сложно, но очевидно, что выполнение поставленной задачи потребует ввода в строй по меньшей мере 8 ГВт «зеленой» генерации с параллельным закрытием наиболее «грязных» объектов. К таковым относятся, в первую очередь, угольные ТЭС, на которых производится 69,7% потребляемой в стране энергии.

Что изменится, если планы по увеличению доли ВИС в энергобалансе удастся выполнить в намеченные сроки? Несомненно, значительно снизится количество выбросов парниковых газов. Это весьма положительный результат. Но вместе с тем энергетическая отрасль Казахстана столкнется и с новыми вызовами, с которыми давно уже пытаются справиться страны с наиболее высокой долей «зеленой энергетики».

Основой производства электроэнергии из ВИЭ являются солнечные и ветряные электростанции, обладающие своими особенностями. И, пожалуй, главной среди них является зависимость от климатических факторов. Казахстан — страна с резко континентальным климатом и большими сезонными температурными перепадами. В таких условиях огромная сеть, производящая треть всей электроэнергии, будет постоянно подвержена неравномерным пикам и спадам генерации.

Поведение солнечных электростанций еще можно предсказать — они производят энергию только в светлое время суток, а вот ветер такого графика не придерживается. В итоге Казахстан, — как и все страны, идущие по этому пути — вынужден развивать систему маневренных генерирующих мощностей, которые могут быть быстро включены в общую энергосеть и также быстро отключены от нее, в зависимости от текущего объема производства электричества с помощью ВИЭ.

По чисто технологическим причинам, а также в соответствии с взятым курсом на декарбонизацию, наилучшим вариантом для организации маневренных генерирующих мощностей являются ТЭС, работающие на природном газе. Правительство уже продемонстрировало свое намерение повысить инвестиционную привлекательность проектов создания таких объектов.

Произвести и доставить

Не следует думать, что единственной задачей, помимо собственно создания в строй нужного объема генерации на базе ВИЭ, является стимулирование строительства маневрирующих мощностей. Ничуть не менее важна и подготовка к новым режимам работы и распределительных электросетей.

На балансе Системного оператора Единой электроэнергетической системы Республики Казахстан АО «KEGOC» находятся 376 воздушных линий электропередачи общей протяженностью 26,9 тыс. км и 81 электрическая подстанция напряжением 35-1150 КВ с установленной мощностью трансформаторов 38 746,05 МВА. Эта инфраструктура связывает между собой потребителей и полторы сотни электростанций, большинство которых находится в частной собственности.

Возраст части высоковольтных линий приближается к полувеку. По некоторым данным, более половины всей сети уже требует замены. В отдельных регионах показатели износа просто вопиющие. Например, находящиеся в частной собственности электропередающих компаний сети Восточно-Казахстанской и Костанайской областей изношены на 80% и 74% соответственно.

Как это соотносится с планами правительства по развитию «зеленой энергетики», подразумевающей переброску нагрузок в режиме реального времени? Очевидно никак. И такое положение вещей несет в себе реальную угрозу планам модернизации экономики.

Угрозы и пути развития

В недавнем докладе The charge for change, представленном консалтинговой компанией Accenture в рамках программы Digitally Enabled Grid, перечисляются риски, с которыми обязательно столкнутся руководители электропередающих компаний в процессе глобальной трансформации отрасли.

Аналитики не стесняются в формулировках. Грядущий переход они называют не иначе как «разрушением неудержимой силы», создающим огромные возможности для распределительных компаний и серьезные угрозы для самого факта существования тех, кто не успел оседлать волну преобразований.

Все чаще источники возобновляемой энергии будут подключаться непосредственно к распределительным сетям. Все больше будет появляться просьюмеров — лиц или организаций, готовых в разные моменты времени выступать и в качестве потребителей, и в качестве поставщиков энергии. Это потребует диспетчеризации небывалого прежде уровня, достичь которого невозможно без технологического рывка.

Вовремя трансформироваться смогут не все — переломный момент наступит неожиданно и, скорее всего, уже в ближайшее десятилетие. Зато те, кому это удастся, получат возможность значительно расширить базу управляемых активов, увеличить спектр предоставляемых услуг за счет совершенно новых продуктов и наладить выгодное сотрудничество с другими звеньями создания стоимости энергии.

В рамках программы Digitally Enabled Grid компания Accenture выполнила большой объем работ, значительной частью которого стал опрос 250 руководителей распределительных компаний по всему миру. Это позволило определить четыре основных тенденции, которые лягут в основу цифровой трансформации электропередающей отрасли:

— Рынок электроэнергии кардинально изменится: Крупные генерирующие объекты с высоким выбросом углерода уступят место более мелким источникам возобновляемой энергии, напрямую подключенным к распределительным сетям. Электрификация транспорта и отопления зданий существенно повлияет как на пиковый спрос, так и на общую потребность в электроэнергии. По мере появления все большего количества просьюмеров начнет стираться сама граница между спросом и предложением. Это вызовет глубокие структурные изменения в эксплуатации распределительных сетей и правилах инвестирования в них.
— Традиционные сети перестанут справляться: В начале перехода к новой структуре обычные сети не будут испытывать серьезных трудностей. Однако их способность к изменению ограничена, так как они никогда не предназначались для работы в условиях «распределенной генерации» (РГ). Три четверти опрошенных руководителей предприятий ожидают, что переломный момент потребует значительных капитальных вложений. Респонденты из США и Европы уверены, что это время наступит, когда 30-40% энергии будет производиться небольшими объектами РГ.
— Их заменят интеллектуальные энергетические системы, управляемые на основе данных: Данные — основа будущей энергетической системы. Распределительные компании неизбежно будут развертывать бизнес-процессы, требующие больших объемов информации о состоянии сети, текущем спросе и подключенных в настоящий момент активах.
— Данными придется научиться управлять: Трансформация заставит операторов распределительных сетей кардинально пересмотреть свою ИТ-инфраструктуру. Рост потока данных превысит возможности не предназначенных для этого ИТ-систем. Распространение датчиков «интернета вещей» вызовет необходимость использования облачных сервисов, высокоскоростных стандартов связи (5G) и информационной модели (CIM).

Для Казахстана многое из описанного в докладе Accenture звучит как фантастика. Однако еще несколько лет назад так же смотрелись и планы по созданию первых объектов «зеленой энергетики». В 2021 году их суммарное количество должно достичь 138. И руководителям распределительных сетей уже пора задуматься — хотят ли они успеть на этот поезд.