На пути к объединению
Источник: «Мировая энергетика» № 04 (63) за апрель 2009г.
Результаты трехлетних исследований, проведенных в рамках подготовки ТЭО синхронной работы энергосистем ЕЭС/ОЭС и UCTE, обсудили в Москве участники международной конференции «Перспективы объединения энергосистем Восток—Запад».
Людмила ЮДИНА
Организаторами конференции выступили ОАО «Системный оператор Единой энергетической системы» и НП «Круглый стол промышленников по сотрудничеству с Европейским союзом» при поддержке Министерства энергетики, Электроэнергетического Совета СНГ и РНК СИГРЭ.
Как пояснил председатель правления СО ЕЭС Борис Аюев, речь об объединении энергосистем Востока и Запада ведется уже давно. Рассматриваются несколько принципов объединения, в том числе синхронное и несинхронное. Конечно, соединение на переменном токе — проект более перспективный, так как дает больше преимуществ. Но при соединении энергосистем посредством вставок постоянного тока облегчаются многие задачи. Например, подчеркнул научный руководитель ОАО «НИИПТ» Лев Кощеев, проще управлять перетоками, появляется возможность наращивания связей постоянного тока, начиная со сколь угодно малого первого шага. Связь на постоянном токе управляема, поэтому позволяет ограничивать перетоки мощности, возникающие во время перегрузки сети или при аварии. Кроме того, строительство первой вставки можно начать уже через 1,5—2 года, тогда как на подготовку синхронного объединения потребуется не меньше десяти лет.
В принципе Россия технологически уже готова к объединению энергосистем, так как с 2005 г. перешла на европейские стандарты по регулированию энергосистемы РФ. Но передача электроэнергии из России в страны Западной Европы и обратно производится через Украину, Белоруссию, Молдавию и страны Прибалтики. А в этих государствах работа по подготовке энергосистем к европейским стандартам еще не завершена.
Более того, как стало известно со слов главы украинской консалтинговой компании Евгения Савченко (уже в конце конференции), из девяти межсистемных линий, существовавших во времена СЭВ и рассматриваемых сейчас в качестве готовых к объединению, одна — на 750 кВ — практически полностью разрушена и разворована на территориях Украины и Молдавии. От нее остался лишь трехкилометровый участок на румынской стороне. Так что в ходе объединения нужно учитывать и такие факторы.
На Евразийском континенте действуют три синхронные зоны: ЕЭС/ОЭС, UCTE и NORDEL. Западная синхронная зона (UCTE) включает энергосистемы 23 стран континентальной Европы, входящих в Союз по координации передачи электроэнергии (Франции, Испании, Португалии, Германии, Австрии, Италии, Бельгии, Голландии, Западной Дании, Швейцарии, Люксембурга, Словении, Хорватии, Польши, Чехии, Словакии, Венгрии, Греции, Боснии и Герцеговины, Македонии, Сербии и Черногории, Албании, Болгарии, Румынии). С июля 2003 г. синхронно с UCTE работает Западная энергосистема Украины (так называемый «Остров Бурштынской ТЭС»).
В Восточную синхронную зону (ЕЭС/ОЭС) входят энергосистемы стран СНГ (за исключением Армении и Туркмении, энергосистемы которых функционируют параллельно с энергосистемой Ирана) и Балтии (Эстония, Латвия, Литва).
Северная синхронная зона (NORDEL) объединяет энергосистемы стран Северной Европы — Швеции, Норвегии, Финляндии и западной части Дании.
Эти объединения развивались независимо друг от друга, однако со временем начали наращивать связи. Сейчас между NORDEL и UCTE, а также между NORDEL и ЕЭС/ОЭС созданы связи постоянного тока, обеспечивающие возможность торговли электроэнергией между системами.
Не имеют связей только ЕЭС/ОЭС и UCTE. Если же ЕЭС/ОЭС и UCTE объединятся, то можно будет говорить о возникновении крупнейшего в мире энергопространства с установленной мощностью свыше 860 ГВт, включающего 12 часовых поясов, 37 стран и обеспечивающего энергией почти 900 миллионов человек.
Создание единого Евразийского пространства повысит надежность энергоснабжения на всей территории, расширит границы и возможности энергорынка. Необходимость диверсификации поставок энергии так же является движущей силой объединения.
В этой связи в последние годы было выполнено три крупных исследования. Самое подробное проведено в 1997—1998 гг. По его результатам сделан вывод: с технической точки зрения объединение возможно, однако из-за большой загруженности основных линий внутри UCTE возможны ограничения экспорта электроэнергии из ЕЭС/ОЭС в Западную Европу.
Анализ результатов исследования также показал, что нужно более детально рассмотреть аспекты передачи электроэнергии на большие расстояния, динамического поведения при синхронном объединении, а также юридические и организационные принципы работы с обеих сторон.
В апреле 2005 г. между ЕЭС/ОЭС и UCTE было подписано Соглашение о разработке технико-экономического обоснования (ТЭО) синхронного объединения.
Документ предусматривал новые принципы сотрудничества сторон: равное представительство специалистов во всех органах управления и рабочих группах, принятие решений на основе консенсуса и взаимности предоставления данных, разделение затрат (каждая сторона финансировала свои затраты). Рабочим языком проекта стал английский.
Координировало работы по ЕЭС/ОЭС ОАО «СО — ЦДУ ЕЭС» (Россия), как лидирующая сторона в группе компаний ЕЭС/ОЭС. Консорциум UCTE возглавляла E.ON Netz (Германия), выполняющая функции координатора проекта с европейской стороны.
Для непосредственной разработки ТЭО было создано пять рабочих групп, в которые вошли более 80 экспертов из 17 стран. Каждая группа разрабатывала свое направление:
• анализ установившихся режимов синхронного объединения;
• исследование динамической устойчивости;
• особенности управления энергообъединением;
• специфика эксплуатации и организации синхронного объединения;
• юридические и правовые аспекты совместной работы.
Руководителями проекта были назначены Маттиас Лютер (E.ON Netz) и Сергей Кузьмин (СО —ЦДУ ЕЭС). Оба они выступили на московской конференции с отчетными докладами.
С. Кузьмин, в частности, отметил, что создание общих энергетических пространств — общемировая тенденция. Существуют и реализуются проекты создания энергетического кольца вокруг Балтийского, Черного, Каспийского и Средиземного морей. Он также подчеркнул, что объединить две гигантские энергосистемы непросто, так как ЕЭС/ОАО и UCTE сильно различаются по энергетической протяженности, структуре сети, принципах эксплуатации и философии управления.
Система UCTE характеризуется относительно короткими линиями с высокой плотностью. Здесь значительное влияние оказывает ветрогенерация. И, наконец, в UCTE действуют общие технические стандарты, чего нет в ЕЭС/ОЭС. В ЕЭС/ОЭС используется больший набор напряжений магистральной сети, ее деятельность охватывает большую территорию, что приводит к необходимости использовать очень длинные линии высокого напряжения.
Матиас Лютер согласился, что задача обеспечения синхронной работы двух систем достаточно сложна. Не случайно была предложена новая концепция синхронного объединения, которая предполагала разработку минимального количества общих технических норм, ориентированных в первую очередь на интерфейс (интерфейс в данном случае означает совокупность существующих линий электропередачи, соединяющих оба энергообъединения), в то время как основной массив норм и стандартов оставался бы в каждой энергосистеме своим.
В сущности, перед исследователями были поставлены три основные задачи.
Первая — насколько целесообразно синхронное объединение?
Вторая — каковы обязательные требования к системным администраторам?
Третья — каковы будут затраты?
При этом обязательной задачей остается поддержание существующего уровня безопасности и надежной работы энергосистем. Маттиас Лютер подчеркнул, что необходимо оценить запас пропускной способности линий электропередачи, так как без этого оценить надежность работы нельзя.
При создании ТЭО был осуществлен новый подход к построению модели синхронной зоны. Каждая сторона готовила модель своей синхронной зоны. Эти модели проверялись путем сравнения с результатами реальных процессов, затем происходил обмен моделями, чтобы их оценили эксперты другой стороны. Если все приходили к взаимному согласию, то путем объединения этих моделей создавалась общая модель.
Между тем нередко группы, исследовавшие один и тот же вопрос, приходили к разным результатам. Как подчеркнул руководитель департамента анализа энергетических рынков ОАО «ИНТЕР РАО ЕЭС» Валентин Герих, это происходило из-за принципиальной разницы в подходах к построению моделей и существующих ограничений при сборе исходных данных. Например, UCTE получало от ЕЭС/ОЭС все данные, необходимые для создаваемого объединения. А ЕЭС/ОЭС от UCTE — лишь те, которые позволяли оценить влияние UCTE на ОЭС/ЕЭС. Отсюда разные модели.
При анализе установившихся режимов синхронного объединения допустимый переток мощности по методике ЕЭС/ОЭС оказался гораздо выше, чем предел, определенный экспертами UCTE. При этом стороны пришли к выводу, что интерфейс не является ограничивающим фактором для передачи энергии. Ограничивающим фактором являются внутренние сечения в каждой синхронной зоне. В частности, при импорте энергии в зону ЕЭС/ОЭС из зоны UCTE ограничивающим фактором является внутреннее сечение Украины, при экспорте — Украины и Белоруссии. Перетоки мощности на короткие расстояния в направлении Восток—Запад ограничены значениями от 1000 до 3000 МВт, в направлении Запад—Восток — 1000 мегаватт.
Кроме того, исследования показали: возможности передачи электроэнергии на большие расстояния значительно ниже, чем на короткие. Это объясняется высокой загрузкой магистральных и распределительных сетей в зоне UСTE. Чтобы обеспечить надежную работу UСTE после объединения, необходимо модернизировать ее сеть.
В целом для обмена мощностью, при поддержании пропускной способности на нынешнем уровне, потребуются инвестиции в сети с обеих сторон интерфейса. А увеличение обменов мощностью потребует дополнительных капитальных вложений в развитие магистральных сетей. Кстати, специалисты отметили, что в случае объединения UCTE и ЕЭС/ОЭС изменится энергетическая карта Европы. Ныне периферийная в зоне UCTE Польша после объединения станет столицей общей энергозоны.
Исследования динамической устойчивости доказывают, что после объединения энергосистем эта устойчивость повышается. Однако моделирование показало, что синхронному соединению энергосистем присущи технические недостатки, которые при возникновении серьезных нештатных ситуаций могут привести к очень тяжелым последствиям. Для их предотвращения требуются дополнительные исследования и разработка контрмер.
В рамках исследования динамической устойчивости был сделан анализ низкочастотных колебаний. Как пояснил заместитель руководителя экспериментально-исследовательского центра «Электродинамика» ОАО «НИИПТ» Аркадий Есипович, при синхронном объединении возникают новые колебания частотой 0,07 Гц. Но их амплитуда настолько мала, что они не представляются опасными
При разработке ТЭО в ЕЭС/ОЭС была создана система мониторинга переходных режимов (СМПР), которая обеспечила синхронную регистрацию параметров быстро протекающих процессов в узлах системы, удаленных друг от друга на любые расстояния. Эта система аналогична той, что действует в UCTE. Она дополняет существующую в ЕЭС/ОЭС систему телеизмерений и за счет более детального изучения динамических свойств ЕЭС способствует повышению качества управления режимами.
Чтобы регистрировать межсистемные колебания, были закуплены и установлены 26 регистраторов. Сейчас они установлены от западной границы Украины до Харанорской ГРЭС. На севере действует регистратор на Ленинградской подстанции, на юге — на Южно-Казахстанской ГРЭС.
В 2008 г. введены регистраторы на Заинской ГРЭС, на Братском перетоке. Введен целый ряд регистраторов на севере Тюменской области, что связано с выполнением проекта запасов устойчивости этого региона (передаваемые по ЛЭП мощности, а эта система мониторинга запасов устойчивости позволит повысить максимально допустимые перетоки).
Применение системы мониторинга проводилось как в нормальном, так и в аварийном режимах. Первые же регистрограммы показали преимущества системы мониторинга. Сегодня таких регистрограмм великое множество.
В 2009 г. концерн «Росэнергоатом» пообещал создать собственную систему регистраторов на всех своих АЭС и таким образом создать свой мониторинг переходных режимов, который полностью будет интегрирован в систему ЕЭС/ОЭС. И в этом же году энергосистемы стран Балтии планируют ввести от 7 до 15 регистраторов. Особенно активно эта работа ведется в Эстонии. Таким образом, система позволит регистрировать параметры режима по всей территории Восточной синхронной зоны.
Анализ особенностей управления энергообъединением проводился путем компьютерного моделирования. Он показал, что применяемые в ЕЭС/ОЭС и UCTE методы поддержания уровней напряжения, методы предупреждения и ликвидации аварий и средства защиты похожи и не требуют больших корректировок.
Что касается специфики эксплуатации синхронного объединения, то для организации совместной работы в ЕЭС/ОЭС будет создан Оператор блока регулирования ЕЭС/ОЭС. Этот оператор будет взаимодействовать с одним из центров UCTE.
Одним из самых сложных направлений стала проработка правовых аспектов. Как подчеркнул генеральный секретарь Elia Group Пьер Бернар (Бельгия), необходим свод правил для системных операторов, работающих в синхронной системе. В их основе должен лежать принцип «чем проще, тем лучше». Кроме того, до синхронизации необходимо определить, насколько глубоко простирается зона влияния интерфейса. Здесь осталось много разногласий. Положение усугубляется еще и тем, что, в отличие от Евросоюза, в странах ЕЭС/ОЭС отсутствует общее законодательство. Так что в этом направлении тоже предстоит еще много работы.