Обнуление выбросов: тотальная электрификация

Это третья глава спецдоклада, предыдущую можно прочитать здесь

В конце июля «Россети Сибирь» неожиданно объявила о намерении в кратчайшие сроки, за год-два, перевести на электроотопление весь частный сектор Красноярска. Инвестиции в этот мега-проект, который может охватить около 15,2 тыс. домовладений, в компании оценили в 1 млрд рублей. «Использование печного отопления в частном секторе Красноярска остается одним из наиболее острых факторов загрязнения атмосферного воздуха. Жители микрорайонов Николаевка, Покровка, Базаиха в основном отапливают свои дома с помощью дров и угля, что не может быть безопасно для экологии. В качестве альтернативы выступает электроотопление – одно из самых практичных решений для обогрева частного сектора… Существуют различные виды энергосберегающих систем отопления, которые создают реальную конкуренцию традиционному печному способу», - заявили тогда в «Россети Сибирь». 

Практика масштабного перевода частного сектора на электротепло пока не слишком распространена в Сибири, да и в стране тоже. По данным газеты «Коммерсант», в начале этого года аналогичную перспективу «Россети Сибирь» обсуждали и с властями Омской области: там это помогло бы решить проблему перебоев в газоснабжении и аварийных отключений в морозы. Реализация пилота в Красноярске «потребует увеличения мощностей компании на 200 МВт»: очевидно, речь идет о пропускной способности ЛЭП и свободных резервов городских подстанций – собственную генерацию «Россети Сибирь» не имеют права строить по закону. 

Установка электрокотлов, по оценкам компании, поможет снизить выбросы ЗВ в частном секторе с 11 до 2 тыс. тонн. Это выглядит крайне заманчивой перспективой. «Населению будет предоставлен специальный тариф, который впоследствии позволит навсегда отказаться от угля и дров», - пообещали также в «Россети Сибирь». Подробностей пока нет, но понятно, что тарифный стимул в принципе станет определяющим фактором успеха всей инициативы. Самый низкий тариф для т.н. категории «население с электроплитами» в пределах социальной нормы потребления сегодня в Красноярске составляет 1,90 рублей за кВт*час, сверх нормы – уже 3,05 рублей за кВт*час; для прочих категорий тарифы варьируются от 2,71 до 4,35 рублей за кВт*час. «Проект очень сложный, но главная наша задача – улучшить экологическую ситуацию в городе, так как всем знаком режим «черного неба», и конечно, сделать эту историю доступной для жителей, чтобы это ни в коем случае не было дороже, чем обходится сейчас», - подчеркнул генеральный директор «Россети Сибирь» Павел Акилин на встрече с губернатором Александром Уссом.

А что, если все источники теплоснабжения Красноярска взять и перевести на электричество? Навскидку такая альтернатива кажется чистой фантастикой, хотя в мире есть города, где сектор отопление полностью электрифицирован (в той же Канаде). Более того, такие города есть и в Красноярском крае, правда, они гораздо меньше краевой столицы по населению – например, так был изначально построен Дивногорск, где находится Красноярская ГЭС. В 2017 году перевести на электротепло Минусинск, один из самых загрязненных городов, в открытом письме Владимиру Путину предлагал зампред организации «Возрождение города Минусинска» Вадим Федяев. Упирал он тогда не только на экологию, но и на… восстановление исторической справедливости! «Помидорная столица» края, отмечал Федяев, «находится в зоне риска Саяно-Шушенской ГЭС»: «Когда ее строили – всем миром, что называется, - были уверены, что электричество всегда будет выдаваться для нашего района по разумной цене». Но сейчас, указывал общественник, отпускная цена электроэнергии для населения – на 300-600%, а для местных предприятий – на 1000-1180% выше, чем себестоимость ее производства на ГЭС и даже на угольной Минусинской ТЭЦ. 

Как вспоминал в интервью «Кислород.ЛАЙФ» бывший сотрудник Госплана СССР Александр Коновальцев (сейчас – исполнительный директор Союза муниципальных образования Красноярского края), в советские годы движение в сторону тотальной электрификации краевой экономики действительно набирало обороты, хотя угольные ТЭЦ никто закрывать никогда и не собирался (интервью с экспертом читайте здесь). Связано это было с планами масштабного гидроэнергостроительства в Сибири и развития КАТЭК, в рамках которого изначально собирались возвести несколько мощнейших угольных ГРЭС. Расположенный фактически в центре государства (недаром географический центр находится где-то в Эвенкии), Красноярский край мог бы превратиться в «энергодонора» всей страны. И тогда перевод на электричество и теплоснабжения, и транспорта, и других отраслей народного хозяйства в самом крае стал бы делом техники – благо, в советских реалиях вся цепочка (генерация – ЛЭП – «последняя миля» до потребителя) находились в одних руках – государственных. Да и тарифы были копеечными. 

Прервалось все это движение, как ни трудно догадаться, с крахом СССР. К тому времени в Красноярске успели построить несколько мощных электрокотельных. Шесть из них сегодня принадлежат СГК, и управляются дочерним АО «КТТ». Суммарно они способны выдавать 746 Гкал/час – больше, чем тепловая мощность Красноярской ТЭЦ-3! Еще две электрокотельных ранее находились на балансе ООО «КрасКом», одна была у ОАО «Красноярская электрокотельная» (ликвидирована в 2016 году). Все эти объекты были построены впритык к подстанциям 100/10 кВ, что оправдано с технической точки зрения (иначе на самой электрокотельной пришлось бы ставить еще и понижающие трансформаторы).

В рамках действующего тарифообразования электрокотельным сейчас нет места – если тариф на производство тепловой энергии в горячей воде для ТЭЦ Красноярска с 1 июля 2020 года составляет 719,04 рублей/Гкал, то для электрокотельных – уже 3 256,77 рублей/Гкал (обе цифры – без НДС). Разница в 4,5 раза! Совершенно не удивительно, что все электрокотельные в Красноярске долгие годы используются исключительно в качестве аварийного (пикового) резерва по отношению к городским ТЭЦ. А на самом деле просто стоят «выключенными».

С топливными источниками тепла электрокотельные схожи только в процессах подготовки воды и выдачи теплоносителя. С точки зрения экологии – это чистейшие объекты тепловой генерации: по объективным причинам, у них нет дымовых труб. Если покрыть весь Красноярск такими источниками тепла, списав в утиль три угольных ТЭЦ и все угольные котельные, то никаких выбросов от теплоснабжения в городе не останется вовсе. А если и частный сектор перейдет на электроотопление, и двигатели ДВС окончательно проиграют электротяге, мы получим полностью «обнуленную» в плане атмосферных эмиссий краевую столицу. Где будет «одно сплошное телевидение» – точнее, электричество.

Еще два КрАЗа?

Воспарим над суетой и подсчитаем, сколько электричества потребовалось бы Красноярску для покрытия тепловых нагрузок исключительно за счет таких «чистейших» источников, как электрокотельные? Для расчетов возьмем простой физический калькулятор: одна Гкал/час – это 1,163 МВт. Понятно, что в реальности соотношение может оказаться другим, в зависимости от КПД оборудования (при 93%, например, будет уже около 1,25 МВт на 1 Гкал/час).

Суммарная тепловая нагрузка по городу, напомним, сегодня составляет примерно 3696,9 Гкал/час. Для покрытия таких объемов Красноярску потребуется порядка 4620 МВт дополнительной мощности (речь об обеспечении необходимых максимумов на самую низкую температуру, которая может и не случится). И как минимум еще 25-30 электрокотельных, в дополнение к существующим (если взять за среднюю тепловую мощность каждой 150 Гкал/час) – в случае, конечно, продолжения использования сложившейся в городе теплотранспортной инфраструктуры. 

Много это или мало? 

На самом деле, много. Для примера: установленная электрическая мощность 19 объектов генерации, расположенных на территории Красноярского края, на 1 января 2020 года составляла 15 864,94 МВт (без учета изолированной от ЕЭС России энергосистемы Таймыра). Собственный максимум потребления мощности по итогам прошлого года составил 6 555 МВт, из них 3 720 МВт пришлось на Красноярский энергоузел (в среднем его доля стабильна и колеблется в районе 55-60%). А теперь угадайте, кто потребляет больше всего мощности как в этом узле, так и во всем крае? Конечно, КрАЗ – 2 068 МВт в прошлом году, в среднем – более половины.

Таким образом, перевод всего Красноярска на электроотопление – с точки зрения обеспечения спроса на мощность – равноценен появлению в городе еще двух КрАЗов! Конечно, это все условно, поскольку в случае с теплом мы считаем от присоединенной нагрузки, причем в точке максимума, а в случае с КрАЗом – о полноценном и равномерном по году потреблении мощности.

Суммарное тепловое потребление Красноярска в год – примерно 13 млн Гкал. Потребление электрокотельных для выработки таких же объемов тепла составит… более 16 млрд кВт*часов! Для сравнения: КрАЗу ежегодно нужно порядка 17,5 млрд кВт*часов. Электроотопление всего Красноярска потребует обеспечения сопоставимых объемов поставок на этот ключевой в краевой энергосистеме энергоузел.

Вариант с закрытием КрАЗа и «переброской» потребляемых им объемов мощности и выработки на электроотопление Красноярска рассматривать не будем – мы, конечно, фантазируем, но стараемся не увлекаться. Хотя поставки с Красноярской ГЭС сейчас в большей степени законтрактованы именно «РУСАЛом». Красноярские ТЭЦ в случае перевода города на электроотопление мы из игры исключаем (фантазировать так по полной!), а они сегодня в сумме выдают ежегодно порядка 5 млрд кВт*часов. Но оставлять эти станции, переведя их в конденсационные режимы, смысла нет – мы же стремимся к полному «обнулению» выбросов в городе (на самом деле, в реальности так сделать не получится, и часть теплового оборудования все равно придется держать в работе по режимным условиям).

В принципе, у красноярской энергосистемы есть возможность кратно нарастить собственную выработку и в нынешних условиях – край исторически, наряду с соседней Хакасией (где расположен крупнейший по мощности в стране Саяно-Шушенский гидроэнергокомплекс), является главным «энергодонором» всей ОЭС Сибири. Это преимущество сформировано за счет ГЭС – Красноярской на Енисее и Богучанской на Ангаре (всего на ГЭС приходится более 9 000 МВт в установленной мощности краевых электростанций), а также развитой электросетевой инфраструктурой, прежде всего, в западном направлении. 

При собственном потреблении чуть более 47 млрд кВт*часов по итогам прошлого года выработка в энергосистеме превысила 59,7 млрд кВт*часов. Излишки традиционно «утекают» по межсистемным ЛЭП в соседние регионы; это позволяет «Системному оператору» не грузить по полной более дорогую угольную генерацию в Кузбассе (а там, кстати, несколько мощных ГРЭС), Новосибирской области и даже в Алтайском крае. По итогам прошлого года переток составил 12,7 млрд кВт*часов, но бывает и больше – скачки определяются, прежде всего, параметрами водности и конъюнктурой ОРЭМ. Если оставить эти объемы внутри края, нарастить внутреннюю генерацию, а при необходимости – наладить поставки дополнительных миллиардов киловатт-часов из соседних Хакасии и Иркутской области (Кузбасс вряд ли сможет поделиться), то покрыть нужды электроотопления Красноярска получится. А с учетом профицита мощности в краевой энергосистеме – можно будет решить и вопрос с «двумя дополнительными КрАЗами».

Но, как уже было сказано, наряду с Хакасией Красноярский край является главным «энергодонором» всей ОЭС Сибири. Если регион полностью «замкнется в себе» и перестанет «кормить» соседей своими излишками, то этим «обездоленным» регионам придется искать альтернативу, а значит – сильнее грузить генерацию на собственных территориях. В основном – угольную (небольшая по мощности ГЭС есть только в Новосибирской области). А это – рост тех же выбросов ЗВ – правда, не в самом Красноярске.

Есть и еще один нюанс: структура выработки в Красноярском крае в значительной степени определяется величиной энергоотдачи ГЭС, а это – дело во многом стихийное, и переменчивое. Тепловая же энергия больше всего нужна в холодное время года, когда выработка на ГЭС традиционно снижается (по естественным причинам). И риски нарушения теплоснабжения в периоды ОЗП при однозначной ставке на электротепло могут значительно вырасти. Как доказал опыт соседнего Иркутска, обеспечение работы электрокотельных потребует большей загрузки в сибирских условиях совсем не ГЭС, а именно угольных ТЭЦ, со всеми вытекающими (подробнее – по этой ссылке). В других угольных городах края, где работаю мощные ГРЭС, могут не обрадоваться новой роли – обеспечивать «чистоту» воздуха в краевой столице за счет легких собственных горожан.

Практические проблемы

Специалист ОДУ Сибири, к.т.н. Екатерина Совбан в своей кандидатской диссертации рассматривала перевод тепловой нагрузки Красноярска и Иркутска на электрокотельные – в качестве способа увеличить эффективность использования гидроресурсов ГЭС Ангаро-Енисейского каскада. И обнаружила много плюсов от такого теоретического решения.

«В летний период времени наблюдается сезонное снижение электропотребления, при этом загрузка ГЭС увеличивается для пропуска половодья и паводков, а также нужд судоходства. В текущих условиях развития ОЭС Сибири такая загрузка ГЭС приводит к избытку электроэнергии в балансе энергосистемы. В годы средней и повышенной водности весь избыток гидроресурсов невозможно реализовать в энергосистему, и возникают риски открытия холостых водосбросов. Ввод электрокотельных позволил бы увеличить объем суточного электропотребления, что в летний период времени могло бы обеспечить дополнительную загрузку ГЭС профицитных энергорайонов, снижая риски и объемы холостых сбросов. В периоды малой водности такой перевод позволил бы снизить загрузку контролируемых сечений относительно максимально допустимых перетоков активной мощности и увеличить запас по контролируемым сечениям», - рассказала Совбан в комментарии для «Кислород.ЛАЙФ». 

Нет сомнений, что это помогло бы также вытеснить из суточного баланса электроэнергии и дорогое оборудования ТЭС, что положительно сказалось бы на формировании узловых цен. Но есть нюанс: в расчетах Совбан учитывался перевод на электрокотельные лишь части горячего водоснабжения. А ГВС – это всего 30-40% от общей тепловой нагрузки. «Полностью компенсировать тепловую нагрузку в Красноярске за счет электрокотельных и соответствующей загрузки Красноярской ГЭС не удастся, - констатирует Екатерина Совбан. – Для определения конкретного объема перевода тепловой нагрузки на электрокотельные потребуется качественная проработка данного вопроса с учетом места их размещения и обеспечения надежного электроснабжения даже при наступлении маловодного цикла и сниженных запасах гидроресурсов. Также необходимо принимать во внимание планы перспективного развития регионов и рост электропотребления (в том числе за счет промышленности) в долгосрочной перспективе». 

Стоит учитывать и другие возможные проблемы. Например, опорных подстанций 220 кВ, с которых идут поставки в сети 110 кВ, в Красноярске сейчас всего семь, и при них уже построены электрокотельные. Значит, новые придется размещать в других местах, а это приведет к потерям при передаче электричества, обычно – до 10%. Для их покрытия потребуется обеспечить дополнительно еще примерно 460 МВт установленной электрической мощности. 

Однако главное препятствие, на самом деле, лежит вообще на поверхности – однозначная ставка на электроэнергию неминуемо потребует радикального пересмотра сложившейся в Красноярске электросетевой инфраструктуры. Около 60% оборудования сетей уже выработало свой нормативный ресурс, свыше 12% электротехнического оборудования эксплуатируется более 40 лет и требует замены. Если даже для электроотопления частного сектора «Россети Сибирь» ищут дополнительные 200 МВт, то обеспечить в нынешних условиях свободный пропуск на город 4300 МВт, а то и выше – задача с технической точки зрения малореальная. Кроме того, строительство новых сетевых объектов или даже модернизация существующих в условиях плотной городской застройки выглядит сложно реализуемым делом.

По оценке независимого эксперта Сергея Бухарова, финансовые затраты на электрификацию Красноярска в целях теплоснабжения можно оценить не менее чем в 50 млрд рублей. И это без учета затрат на строительство новых электрокотельных (еще минимум 13 млрд рублей)! Обнуление выбросов ЗВ, возможно, и произойдет, но стоит ли этим вообще заниматься? По расчетам Бухарова, в рамках действующего тарифообразования при переводе всей выработки тепла на электрокотельные конечный тариф для населения, в котором нужно еще дополнительно учесть НДС, может составить 4 518,78 рублей/Гкал, что более чем в 2,5 раза выше действующего с 1 июля тарифа для конечного потребителя – 1 766,50 рублей/Гкал (с НДС), в котором уже учтены стоимость производства как на ТЭЦ, так и на действующих электрокотельных (по «котловому» методу). 

При этом переход на электротепло может спровоцировать как минимум 10-кратный рост потребления электроэнергии населением. Это, опять же, приведет к повышенной загрузке менее эффективных угольных ГРЭС, что обернется ростом цен на ОРЭМ минимум на 20-30%. Нетрудно представить, что в таком случае произойдет со стоимостью киловатта для прочих потребителей. О развитии бизнеса в городе и крае можно будет просто забыть, отмечает Бухаров. 

По словам управляющего партнера Агентства энергетического анализа Алексея Преснова, в 1970-1980-х строительство электрокотельных активно шло в Мурманской области, где еще со времен СССР для работы таких источников существовали предпосылки: «Низкая себестоимость электроэнергии за счет выработки на ГЭС (около 37%) и Кольской АЭС (около 60%, тоже «дешевых» в экономической системе советского учета). Плюс «запертость» энергосистемы примерно на 500 МВт, которые просто невозможно было передать в ту же соседнюю Карелию. Даже при дешевом мазуте в те годы было выгоднее строить именно электрокотельные, особенно в небольших поселках. Что и делалось массово, особенно в удаленных поселках при ГЭС, где это потребление учитывалось в собственных нуждах станций».

«Но в городах и крупных поселках, там, где была железная дорога, все же строили ТЭЦ на мазуте, поскольку заместить потребление тепла электрокотельными не представлялось экономически обоснованным», - объясняет Преснов. По его мнению, электрификация отопления – проект вполне реальный, но для его успешной реализации потребуется требует квалифицированное управление и соответствующие расходы: «Это не просто общая концепция, а давайте вот заместим тепло от ТЭЦ и печек теплом от электрокотельных. Должен быть заказчик, например, мэрия, или краевое правительство, должны быть участники, механизм окупаемости затрат и т.д. Цель и итог – доступная низкоуглеродная энергия для отопления. С учетом общемировых тенденций – это все имеет перспективу. Но, на мой взгляд, для Красноярского края, как и для Мурманской области – пока локальную – в удаленных районах и относительно небольших поселках и районах. В Мурманске стимулы еще в том, что мазут нестабильный в ценах и как правило дорогой, газа там нет, угля тоже почти нет, тепло дорогое. В Красноярске же есть дешевый уголь».

Продолжение спецдоклада читайте по ссылке