Место для маневра
ТЕХНОЛОГИИ / #9_НОЯБРЬ–ДЕКАБРЬ_2024
Записала Надежда ФЕТИСОВА / Фото: Unsplash
Маневрирование мощностью электростанций — один из эффективных способов сгладить суточные пики выработки и потребления в энергосети. Насколько он применим к атомным станциям? О мировом опыте маневрирования АЭС и возможностях российских блоков рассказывает доцент кафедры атомных станций Московского энергетического института Григорий Казаров.
Электростанции могут работать в нескольких режимах, в том числе базовом и маневренном. Базовый предполагает постоянную работу на одной мощности с периодическим снижением (с переменной мощностью). В маневренном режиме мощность меняется постоянно, иногда несколько раз в течение суток.
Безусловный приоритет для любой АЭС — безопасность, поэтому стандартный режим работы АЭС — базовый, наиболее безопасный и эффективный. Однако современные требования к АЭС предполагают возможность участия в суточном маневрировании, а также в поддержании частоты в сети.
Для чего это нужно? В единой сети, как правило, работают различные станции: атомные, тепловые, гидро-, солнечные, ветростанции и т. д. Производство и потребление сети должны находиться в балансе. Частота сети поддерживается автоматически, с помощью диспетчерского управления (в большинстве стран, в том числе в России, это уровень в 50 герц). Однако существуют суточные пики потребления (утренний и вечерний), а если в сети работают ВЭС и СЭС — то еще и суточные колебания производства (в зависимости от погодных условий). Кроме того, случаются системные аварии, влекущие внеплановые отключения станции и потребителей. В этих случаях для выравнивания базовой нагрузки станции, находящиеся в объединенной сети, переходят в маневренный режим.
Работать в таком режиме проще всего газовым и гидроэлектростанциям (ГЭС): они могут быстро и безопасно менять мощность. Атомным станциям это делать сложнее, но такая возможность тоже есть.
Уменьшение выработки электроэнергии на АЭС происходит за счет снижения уровня мощности реактора. Для этого во втором контуре уменьшается расход пара на турбину. При этом блок может маневрировать только 80 % времени топливной кампании: в первые и последние 10 % времени это не рекомендуется из-за ксенонового эффекта.
Практика атомного маневрирования в мире есть, например во Франции, где АЭС вырабатывают 65 % всей электроэнергии. В этой стране была разработана специальная программа маневрирования с помощью атомных мощностей. Блоки (как правило, старые PWR‑900) работают в маневренном режиме по очереди: когда у «дежурного» по маневрированию блока подходит к концу топливная кампания, «эстафету» подхватывает следующий блок.
Задача маневренности АЭС актуальна и для России. В среднем в нашей стране на долю атомных станций приходится около 20 % всей выработки. Однако в некоторых регионах доля АЭС доходит до 50 %, а кое-где (например, на северо-западе страны) эта цифра еще выше.
Безусловный приоритет для любой АЭС — безопасность, поэтому стандартный режим работы АЭС — базовый, наиболее безопасный и эффективный. Однако современные требования к АЭС предполагают возможность участия в суточном маневрировании, а также в поддержании частоты в сети.
Для чего это нужно? В единой сети, как правило, работают различные станции: атомные, тепловые, гидро-, солнечные, ветростанции и т. д. Производство и потребление сети должны находиться в балансе. Частота сети поддерживается автоматически, с помощью диспетчерского управления (в большинстве стран, в том числе в России, это уровень в 50 герц). Однако существуют суточные пики потребления (утренний и вечерний), а если в сети работают ВЭС и СЭС — то еще и суточные колебания производства (в зависимости от погодных условий). Кроме того, случаются системные аварии, влекущие внеплановые отключения станции и потребителей. В этих случаях для выравнивания базовой нагрузки станции, находящиеся в объединенной сети, переходят в маневренный режим.
Работать в таком режиме проще всего газовым и гидроэлектростанциям (ГЭС): они могут быстро и безопасно менять мощность. Атомным станциям это делать сложнее, но такая возможность тоже есть.
Уменьшение выработки электроэнергии на АЭС происходит за счет снижения уровня мощности реактора. Для этого во втором контуре уменьшается расход пара на турбину. При этом блок может маневрировать только 80 % времени топливной кампании: в первые и последние 10 % времени это не рекомендуется из-за ксенонового эффекта.
Практика атомного маневрирования в мире есть, например во Франции, где АЭС вырабатывают 65 % всей электроэнергии. В этой стране была разработана специальная программа маневрирования с помощью атомных мощностей. Блоки (как правило, старые PWR‑900) работают в маневренном режиме по очереди: когда у «дежурного» по маневрированию блока подходит к концу топливная кампания, «эстафету» подхватывает следующий блок.
Задача маневренности АЭС актуальна и для России. В среднем в нашей стране на долю атомных станций приходится около 20 % всей выработки. Однако в некоторых регионах доля АЭС доходит до 50 %, а кое-где (например, на северо-западе страны) эта цифра еще выше.
Сгладить пики
Россия расположена в восьми часовых поясах, поэтому у нас есть уникальные возможности сглаживания ночного и дневного пиков потребления: можно перенаправлять избытки электроэнергии из одного часового пояса в другой. Например, на Дальнем Востоке ночь, потребление падает — отправляем излишки туда, где вечер и пик потребления. Но есть нюанс: передача электроэнергии на большие расстояния — это неизбежные ее потери. Один часовой пояс — это около тысячи километров, и на них будет теряться 5−10 % электроэнергии. Поэтому нужно рассчитывать для каждого конкрентного случая, что будет эффективнее: маневрирование или передача на дальние расстояния.
В ногу со временем
Эксперименты по участию АЭС в суточном маневрировании проводились еще в СССР, на Запорожской АЭС, и дали неплохие результаты. Возможность маневрирования была заложена и в проекте блоков ВВЭР‑1000, разработанном в ОКБ «Гидропресс».
В те годы практической необходимости в маневрировании не было. Сегодня ситуация изменилась. У Росатома амбициозные планы экспорта своих технологий за рубеж, подписано внушительное количество контрактов на строительство новых АЭС в разных странах, много блоков уже сооружается. При этом в документах МАГАТЭ и требованиях EUR (European Utility Requirement) содержится рекомендация: атомные станции нового поколения должны работать в режиме маневрирования. Особенно актуальна эта опция для стран со слабыми энергосистемами, где возможность быстрой смены мощности очень важна.
В концерне «Росэнергоатом» в начале 2010‑х годов была разработана большая программа работы атомных станций в маневренном режиме 100−50−100, то есть выхода со стопроцентной загрузки на пятидесятипроцентную и возвращения обратно. Были проведены теоретические НИОКР и эксперименты на Нововоронежской и Ленинградской АЭС с соблюдением всех требований безопасности. Отрабатывалось управление маневренностью в автоматическом режиме, просчитывалась экономика процесса.
Были сделаны следующие выводы. Во-первых, в режиме маневрирования целесообразно работать только блокам с реакторами типа ВВЭР. Во-вторых, такие блоки могут участвовать в суточной разгрузке и регулировании частоты в сети. («Могут», потому что к режиму маневрирования для АЭС сетевые операторы прибегают не часто: недовыработка АЭС влечет серьезные финансовые потери, и о безопасности забывать тоже нельзя.)
Таким образом, возможность участия блоков ВВЭР российского дизайна (в том числе инновационного ВВЭР-ТОИ) в суточном и частотном регулировании подтверждена всеми необходимыми документами, а значит, российские блоки соответствуют международным требованиям.
Разрабатывается проект блока средней мощности с реактором ВВЭР‑600, ориентированного на активное участие в маневрировании. Уже определена площадка для строительства таких блоков — Кольская АЭС. Сейчас там работают четыре блока с реакторами ВВЭР‑440. В середине 2030‑х должен начаться их плановый вывод из эксплуатации. У Кольской энергосистемы есть особенность: весной в регионе бывают большие паводки, требующие максимального участия ГЭС в производстве электроэнергии. Следовательно, АЭС вынуждена снижать выработку. Блоки с ВВЭР‑440 на это способны, а новый блок предположительно будет более эффективным и экономичным в плане маневренности.
Сейчас проект реактора ВВЭР‑600 находится на стадии разработки и проведения экспериментов. Им занимаются Курчатовский институт и другие профильные организации. Согласно «Генеральной схеме размещения объектов электроэнергетики до 2042 года», эти блоки должны быть построены в 2036, 2037 и последующих годах.
У такого проекта, по моему мнению, высокий экспортный потенциал. Думаю, он будет интересен в первую очередь странам со слабо развитой энергосистемой: мощность подходящая, участие в маневрировании — огромный плюс.
Эксперименты по участию АЭС в суточном маневрировании проводились еще в СССР, на Запорожской АЭС, и дали неплохие результаты. Возможность маневрирования была заложена и в проекте блоков ВВЭР‑1000, разработанном в ОКБ «Гидропресс».
В те годы практической необходимости в маневрировании не было. Сегодня ситуация изменилась. У Росатома амбициозные планы экспорта своих технологий за рубеж, подписано внушительное количество контрактов на строительство новых АЭС в разных странах, много блоков уже сооружается. При этом в документах МАГАТЭ и требованиях EUR (European Utility Requirement) содержится рекомендация: атомные станции нового поколения должны работать в режиме маневрирования. Особенно актуальна эта опция для стран со слабыми энергосистемами, где возможность быстрой смены мощности очень важна.
В концерне «Росэнергоатом» в начале 2010‑х годов была разработана большая программа работы атомных станций в маневренном режиме 100−50−100, то есть выхода со стопроцентной загрузки на пятидесятипроцентную и возвращения обратно. Были проведены теоретические НИОКР и эксперименты на Нововоронежской и Ленинградской АЭС с соблюдением всех требований безопасности. Отрабатывалось управление маневренностью в автоматическом режиме, просчитывалась экономика процесса.
Были сделаны следующие выводы. Во-первых, в режиме маневрирования целесообразно работать только блокам с реакторами типа ВВЭР. Во-вторых, такие блоки могут участвовать в суточной разгрузке и регулировании частоты в сети. («Могут», потому что к режиму маневрирования для АЭС сетевые операторы прибегают не часто: недовыработка АЭС влечет серьезные финансовые потери, и о безопасности забывать тоже нельзя.)
Таким образом, возможность участия блоков ВВЭР российского дизайна (в том числе инновационного ВВЭР-ТОИ) в суточном и частотном регулировании подтверждена всеми необходимыми документами, а значит, российские блоки соответствуют международным требованиям.
Разрабатывается проект блока средней мощности с реактором ВВЭР‑600, ориентированного на активное участие в маневрировании. Уже определена площадка для строительства таких блоков — Кольская АЭС. Сейчас там работают четыре блока с реакторами ВВЭР‑440. В середине 2030‑х должен начаться их плановый вывод из эксплуатации. У Кольской энергосистемы есть особенность: весной в регионе бывают большие паводки, требующие максимального участия ГЭС в производстве электроэнергии. Следовательно, АЭС вынуждена снижать выработку. Блоки с ВВЭР‑440 на это способны, а новый блок предположительно будет более эффективным и экономичным в плане маневренности.
Сейчас проект реактора ВВЭР‑600 находится на стадии разработки и проведения экспериментов. Им занимаются Курчатовский институт и другие профильные организации. Согласно «Генеральной схеме размещения объектов электроэнергетики до 2042 года», эти блоки должны быть построены в 2036, 2037 и последующих годах.
У такого проекта, по моему мнению, высокий экспортный потенциал. Думаю, он будет интересен в первую очередь странам со слабо развитой энергосистемой: мощность подходящая, участие в маневрировании — огромный плюс.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ