Обеспечение энергетической безопасности страны — задача номер один на текущий момент. Для этого необходима переориентация российской энергетики на отечественные разработки и технологии. Результаты системных фундаментальных и прикладных научных исследований позволят с минимальными потерями совершить переход на высокоэффективный и экономичный путь развития.

Новая геополитическая ситуация привела к тому, что все то, чем жила российская энергетика — экспорт углеводородных ресурсов и импорт технологий, как по генерации, так и по электросетевому хозяйству, осталось в прошлом. Обнажились проблемы. Стало остро чувствоваться отставание в силовой электронике, отсутствие общего системного подхода, который обеспечивал бы энергетическую безопасность РФ. Встал вопрос о скорейшем переходе электроэнергетики на низкоуглеродный, высокоэффективный и экономичный путь развития.

Изучая опыт

Поисками вариантов энергоперехода занимаются многие страны мира. И пока Россия об этом только преимущественно рассуждает, часть государств уже его совершила с разными успехами и достижениями. Главные «шишки» — чрезмерное внимание к развитию нетрадиционных источников. Убедились, что с ними связаны серьезные проблемы. В последнее время стали вводить угольные станции, от которых ранее мир декларативно отказался.

«Переход означает только одно: получение повышенной эффективности, то есть КПД использования топлива, который у нас сейчас очень низкий. Россия по использованию топлива в целом по КПД находится на 50–60-х местах, что бы ни говорили наши энергетики. Иными словами, у нас общий КПД использования по стране в 2020–2021 гг. составлял 33–35% по всем станциям. Тогда как многие другие страны (включая Латинскую Америку) имеют 40–45%. Почему? Да потому что они только что начали, и начали сразу с парогазовых установок», — отметил в своем выступлении на РЭН-2023 заведующий лабораторией инновационных технологий в электроэнергетике Объединенного института высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) Эдуард Волков.

Вспомнить былое

По мнению Волкова, формирование современной по технологиям и методам управления теплоэнергетической отрасли электроэнергетики требует решения нескольких проблем. Нужно создать мощную отечественную газовую турбину на уровне 400–450 МВт и мощную энергетическую установку на угле с супер-сверхкритическими начальными параметрами — 300–350 атмосфер и от 620˚ до 700˚С.

Впрочем, все эти задачи советские ученые решили еще в 1970-х годах: были разработаны первая в мире самая мощная газовая турбина на 100 МВт (ее установили на Каширской ГЭС) и первый в мире блок на суперкритический параметр пара мощностью 120 МВт. Технологии, которые лежали в основе разработок, сейчас, увы, потеряны.

«Сначала мы увлеклись магнитно-газодинамическим методом производства энергии и думали, что получим сразу 1500–2000 ГВт в одном узле с мощностью 70%. Но не вышло. И не только у нас, но и в мире, — пояснил Волков. — Затем мир взялся за газовую турбину, а у нас, несмотря на то что парогазовый цикл был предложен советским и российским академиком Сергеем Христиановичем, это осталось за бортом».

Научные основы мощной турбины уже готовы, о чем академик Александр Иноземцев — один из создателей установки газотурбинных двигателей для всех самолетов — докладывал на недавнем Совете президиума РАН. Речь шла о необходимости приступить к техническому проекту турбины, после этого выполнить рабочие чертежи и изготовить опытный образец.

«Мы были воодушевлены этим докладом и написали оптимистическое решение Совета, в том числе и о выделении финансирования. После этого прошло более полугода, но решения нет даже на производство эскизного проекта. А коллективы — есть. Опять наблюдаем торможение между научными разработкам и реальной жизнью», — отметил Эдуард Волков.

Нужны совместные решения

Другой масштабной проблемой является разработка научных основ, методологий и нормативных документов для создания и широкого внедрения в реальную практику локальных энергосистем с генерирующими установками обычной, нетрадиционной и атомно-водородной энергетики. И имплементация этих локальных энергосистем в централизованную единую энергосистему. Это позволит увеличить эффективность и надежность снабжения энергией мелких и средних производств, которые становятся независимыми.

Развитие распределенной генерации — парадигма всей мировой электроэнергетики. В прошлом году в США в распределенной генерации ввели мощностей больше, чем в централизованной энергосистеме. Это позволяет резко снизить тариф на электроэнергию, обеспечить надежное подключение небольших производств и создать две независимые компании — среднетоннажное производство (до уровня напряжения 35 кВт) и мощное концентрированное производство на атомных станциях и на крупных ТЭС и ГЭС.

«Мы в Академии наук заслушали множество проблем, связанных с распределенной генерацией. И я должен сказать, что все научно-технические предпосылки проработаны. Проведено тестирование в реальной эксплуатации в локальных энергосистемах, найден не только алгоритм работы, а конкретные технические условия. В том числе поддержание совместной работы большой и маленькой систем. Теперь требуется тестирование на отдельной локальной системе. Вопросы обращены в кабмин и Минэнерго. Отмечу, что без последнего выбор такой системы и тестирования (в том числе и методов, режима работы и реального оборудования) — не представляется возможным», — подчеркнул Волков.

Заняться Сибирью и расчетами

Болевой точкой на карте страны остается Сибирь, где очень слабая электрическая сеть и мало мощностей. Между Сибирью и Дальним Востоком есть единственная линия связи 220 кВ, хотя нигде в мире серьезно на таких напряжениях не работают.

«Если сейчас проанализировать ситуацию, то выясняется, что у нас отсутствует единая электросистема (она есть, только когда нужно поддержать при авариях). А перетоков, даже между Сибирью и Европой, которые всегда были, сейчас нет. Мы перешли на изолированную работу, что однозначно ведет к повышению тарифов», — заметил эксперт.

Остро стоит также и вопрос проведения системных исследований, которыми, к сожалению, сейчас практически никто не занимается. В России нет институтов, владеющих математическим аппаратом для моделирования в реальном режиме всех процессов одновременно в реальной энергосистеме на 9000 км. Такие методы и программные средства были созданы в Энергетическом институте им. Г.М. Кржижановского. Но в связи с новыми реалиями этот институт закончил свое существование как раз тогда, когда казалось, что для системных исследований нет заказчика. А системные исследования при переходе очень нужны. Без них не удастся получить общий эффект.

Использовать заделы

С точки зрения науки у России есть заделы. А с точки зрения практики наблюдается отставание, уверен заместитель академика — секретаря отделения энергетики, машиностроения, механики и процессов управления Российской академии наук (ОЭММПУ РАН) Алексей Вараксин.

«30 лет назад было бы кощунственно взять авиационный двигатель — ажурный, сделанный по другим технологиям, с более высокими классами точности — и поставить его на землю для выработки электроэнергии. Сейчас, когда вопросы децентрализованной энергетики крайне важны, можно придать импульс этой идее», — считает Вараксин.

«Перестроить энергосистему, обеспечить ее эффективность, доступность, экологичность — реально. Но при этом возникает масса задач, которые должно решать в том числе и научное сообщество совместно с проектными организациями и производственными компаниями. На сегодня актуальной является разработка реализации госпрограммы структурно-технологической трансформации ТЭКа Сибири и Дальнего Востока и его систем энергетики в аспекте пространственной межгосударственной интеграции со странами АТР и возрастающих на этой основе систем по охране среды углеродной нейтральности. Такая реализация и разработка могла бы в том числе строиться на условиях ЧГП», — уверен директор Института систем энергетики имени Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук Валерий Стенников.

Происходящая в настоящее время технологическая трансформация в энергетической системе становится окном возможностей, и им обязательно нужно воспользоваться.

Фото: Фотобанк Росконгресс