- Позвольте попросить вас, Юрий Николаевич, для начала привести несколько главных цифр, которые помогли бы представить себе масштабы российской энергетики ...
- Начну с того, что сегодня на карте России нет "электрических белых пятен", электричество доставляется во все районы огромной страны, всем ее жителям. Основная масса потребителей получает его от мощных электростанций, объединившихся в огромные сети, и лишь 1,5% пользователей, например в далеких таежных поселках или на зимовках, получают электричество от небольших местных электрогенераторов. Примерно 40% всей вырабатываемой в стране электроэнергии потребляет промышленность, 7% - транспорт и связь, 12% идет на бытовые нужды населения. В структуре российской промышленной продукции на долю электроэнергетики приходится примерно 9%; если считать в рублях, получится более 300 млрд рублей, или более 10 млрд долларов. Это довольно много. Но, думаю, и без дополнительных цифр ясно, что вся остальная промышленность, да и вообще все народное хозяйство, может функционировать только при крупномасштабном производстве и потреблении электричества. В любой высокоразвитой индустриальной стране без электрического изобилия вообще невозможно существовать, не говоря уже о том, чтобы получать все те блага, которые оно для нас создает. Объем потребления электроэнергии во всем мире неуклонно растет, и это характеризует рост уровня благосостояния человека.
- Повсеместное проникновение электричества в нашу жизнь произошло невероятно быстро, первые электрические лампочки появились всего 120 лет назад...
- Совсем, казалось бы, недавно, чуть больше ста лет назад, главная московская электростанция имела всего 800 абонентов, а остальные жилища в столице, как и во всей стране, освещались свечами и керосиновыми лампами. Примерно в то же время в Москве появился первый трамвайный вагон. Об этом полезно вспомнить сегодня, взяв для сравнения, к примеру, нынешнюю схему московского метро или расписание пригородных электричек. Прогресс нашей электроэнергетики огромен, и это при том, что дважды она не просто останавливалась в своем развитии, а резко откатывалась назад - во времена Гражданской войны (вспомните уэллсовское "Россия во мгле") и в результате чудовищных разрушений во время Великой Отечественной. Принятый еще в 1920 году План ГОЭЛРО сделал создание мощной электроэнергетики национальной задачей. К разработке этого плана были привлечены лучшие научные и инженерные силы, в трудные для страны годы он стал абсолютным приоритетом при распределении финансовых ресурсов, в том числе валютных, закупке лучших образцов зарубежного энергетического оборудования, разворачивании отечественного энергомашиностроения. И вот результат: уже к 1932 году, то есть всего через 12 лет, производство электроэнергии в России выросло в 53 раза! В прошлом году электроэнергии произведено еще в 65 раз больше - 890 млрд кВт.ч, и почти столько же получили российские потребители. Добавлю несколько, как вы их назвали, главных цифр: в стране работает более 600 электростанций с общей установленной мощностью 215 млн кВт, в том числе 56 крупных - по 1000 МВт и более. Почти 80% всех этих станций входит в систему РАО "ЕЭС России".
- До сих пор мне казалось, что Единая система объединяет все электростанции страны, по крайней мере крупные...
- Это действительно так. Но есть довольно мощные станции, которые в систему входят, а принадлежат большим промышленным предприятиям, таким, скажем, как Волжский автозавод или Магнитогорский металлургический комбинат. Кроме того, около 10% общей установленной мощности приходится на долю атомных электростанций, они, как производители электроэнергии, тоже входят в Единую систему, но в силу своих специфических особенностей находятся в ведении Министерства по атомной энергии, которое занимается атомной энергетикой. Примерно 70% всей мощности обеспечивают тепловые электростанции, первичную энергию им дает органическое топливо - газ, уголь и нефтепродукты. Остальные 20% установленной мощности приходятся на гидроэлектростанции, их генераторы вращает падающая вода рек, поднятая плотинами на многометровую высоту.
- Вы сказали, что производство и потребление электроэнергии в стране примерно одинаково. Почему "примерно"? Разве потребляется не столько же, сколько производится?
- Во-первых, какую-то часть электричества, пока небольшую - 18 млрд кВт.ч ( около 2% от электропотребления), мы экспортируем, продаем в ближнее и дальнее зарубежье. Во-вторых, 3-4% уходит на неизбежные потери при производстве энергии и еще 13% - на потери при транспортировке. Хотелось бы пояснить слово "неизбежные". Энергия теряется не потому, что кто-то что-то проморгал или украл, многие процессы, такие, например, как движение тока в проводах или вращение осей в подшипниках, по своей физической природе сопровождаются потерями (нагрев, трение, работа вспомогательного оборудования и др.). У энергетиков с давних времен существует самый настоящий культ борьбы с потерями, на это брошены мощные силы ученых, конструкторов, технологов. победой считается снижение потерь даже на малые доли процента.
- А как выглядит наша электроэнергетика в сравнении с другими странами? И по каким показателям обычно проводится такое сравнение?
- Важнейшие показатели - годовое производство и потребление электроэнергии на душу населения. В этой части мы в целом занимаем неплохое место: на каждого россиянина приходится 6000 кВт.ч. В других странах СНГ удельное потребление электроэнергии, к сожалению, заметно ниже.
- Получается, что каждый россиянин потребляет 500 кВт.ч электричества в месяц... Согласно показаниям домашнего счетчика, я потребляю раз в пять меньше.
- Счетчик показывает, сколько электроэнергии истратили вы лично, а есть еще промышленность, у нее аппетиты совсем иные. Один прокатный стан, например, за смену потребляет электроэнергии больше, чем вся ваша квартира за 100 лет. В расчете на душу населения Северная Америка потребляет 10 тыс. кВт.ч электричества в год, Южная - 1,7, Океания - 9,3, Европа - 5,4, Азия - 0,97, Африка - 0,5. В среднем в мире потребление электроэнергии составляет 2000 кВт.ч на человека в год. Так что в этом списке наши 6000 кВт.ч выглядят вроде бы неплохо.
- А почему с оговоркой, почему "вроде бы"?
- Потому, что кроме удельного энергопотребления есть и другие важные показатели человеческого достатка, в том числе энергетического. Основа одного из таких показателей - внутренний валовой продукт, сокращенно ВВП, определяющий стоимость всего, что произведено в стране за год, и обычно тоже в расчете на одного ее жителя. Можно сопоставить ВВП с потребляемой электроэнергией и получить электроемкость ВВП (сколько киловатт-часов затрачивается на производство одной единицы ВВП в долларовом эквиваленте). Электроемкость позволяет сделать вывод о том, насколько эффективно используется электроэнергия. Одно дело, если на изготовление мясорубки или банки мороженого уходит 10 кВт.ч электричества, и совсем другое, если 1 кВт.ч. Так вот, пока на каждый доллар, вложенный в производство продукции, в нашей стране тратится в 3 раза больше электроэнергии, чем в США, и примерно в 5 раз больше, чем в Германии, во Франции или в Японии. Это чрезвычайно важные цифры, они могут говорить о многом: о техническом состоянии промышленности, об организации дела, уровне технологий. После 1990 года удельные энергозатраты в стране заметно возросли (почти на 30%), а сейчас потихоньку снижаются. При этом явно растут масштабы производства, увеличивается суммарный ВВП, и это видно по спросу на электроэнергию: в 1990 году ее выработка достигла 1074 млрд кВт.ч, за последующие восемь лет она снизилась до 809 млрд кВт.ч и вот теперь вновь поднялась до 890 млрд кВт.ч.
- Такой подъем вполне объясним: страна пережила, видимо, худшие времена и теперь развивается уже на иной, на рыночной основе. Специалисты считают, что процесс этот будет набирать темпы, так что вскоре промышленности понадобится значительно больше электричества. Вы готовы к этому?
- Можно ответить: "Да, готовы", но с некоторыми важными комментариями. Во-первых, энергетика способна остановить любой экономический прогресс, если будет ждать, когда у пользователей появятся новые потребности. Энергетика должна предвидеть растущий спрос, готовиться к нему и развиваться опережающими темпами. В свое время именно эта стратегия позволила за несколько десятилетий вывести нашу страну из разрухи в число ведущих индустриальных держав мира. Что такое опережающие темпы, станет понятнее, если напомнить, что строительство крупной электростанции сегодня обходится в несколько миллиардов долларов и строится станция 5-8 лет, а с учетом согласования участка, проектирования и подготовительных работ - все 10-15.
Во-вторых, и это исключительно важно, мы готовимся к дальнейшему росту производства, а значит, и к повышению спроса на электроэнергию. Но, скажу прямо, вряд ли удастся удовлетворить спрос, если будет продолжаться разбазаривание энергии, если не повысится эффективность ее использования, прежде всего в промышленности. Напомню: пока на каждый доллар, затраченный на производство своей продукции, мы расходуем в 3-5 раз больше электроэнергии, чем передовые промышленные страны.
Сейчас в РАО "ЕЭС России" разработаны основные положения программы устойчивого развития российской энергетики вплоть до 2020 года. К этому времени годовое производство электроэнергии практически удвоится и подойдет к уровню 1620 млрд кВт.ч, а установленная мощность электростанций увеличится примерно на 50% и достигнет 320 млн кВт (320 тыс. МВт). За этими скучными вроде бы цифрами стоит огромный объем работ, в том числе удвоение мощности АЭС, строительство тепловых угольных электростанций (что существенно увеличит потребление угля), а также крупных гидроэлектростанций в Сибири, на Дальнем Востоке и на Северном Кавказе. В частности, изучается возможность строительства Туруханской ГЭС мощностью 12 млн кВт (почти вдвое больше, чем дает нынешний рекордсмен - Саяно-Шушенская ГЭС), которая войдет в тройку крупнейших гидростанций мира.
Изменится и сама структура производства электричества: удельный вес атомных станций увеличится с 15 до 20%, а гидроэнергетики - снизится с 20 до 15%. При этом суммарная доля электростанций, не использующих органическое топливо, не должна снизиться. Заметно улучшатся характеристики ряда тепловых электростанций, появятся новые технологии, в их числе повышение параметров пара до суперсверхкритических, переход от классических паровых турбин к парогазовому циклу, использование мощных газовых турбин. В результате уже в обозримом будущем средний коэффициент полезного действия тепловых электростанций может подняться с "классических" 34% до 45% и даже выше, а за этим стоит огромная экономия топлива: на сэкономленном за год в масштабах страны топливе можно было бы 8-9 лет "кормить" электричеством такой город, как Москва.
Пока речь шла о позитивных слагаемых будущего нашей энергетики, но, как говорится, из песни слова не выкинешь, придется говорить и о неприятных моментах. Главное - неотвратимое старение и износ ныне действующего оборудования. На гидроэлектростанциях половину мощности получают от машин, которые уже выработали свой ресурс, а на тепловых электростанциях к 2020 году в таком положении окажется 70% оборудования.
- Не страшно работать с машинами, которые уже свое отслужили?
- Проблема не в том, страшно или не страшно. Прежде всего специалисты думают о том, чтобы машины эти еще поработали и, главное, как своевременно определить, что они приблизились к опасному порогу. Оборудование тщательно обследуют и в случае необходимости переводят на облегченный режим работы, смирившись с некоторой потерей эффективности и экономичности. Специалисты скрупулезно исследуют физические механизмы старения, ищут способы детальной диагностики и непрерывного контроля агрегатов.
И, наконец, главное средство - замена или радикальный ремонт оборудования. Наряду с программой ввода новых мощностей и освоения новых технологий в РАО "ЕЭС России" существует не менее сложный и дорогой план массовой реконструкции или восстановления действующей техники. О масштабах этой работы можно судить хотя бы по тому, что за год в среднем будут реконструированы паровые котлы общей производительностью 1000 тонн пара в час, а также турбогенераторы суммарной электрической мощностью 1500 МВт. В связи с этим нелишне напомнить, что генератор средней мощности, который нужно разобрать для замены или восстановительного ремонта основных узлов, имеет длину 6-8 метров, диаметр 2-3 метра, и весит он 20-30 тонн. Рабочее колесо гидротурбины - это деталь диаметром 10-12 метров и весом 30-50 тонн. Короче говоря, ремонтники имеют дело с весьма масштабными машинами и системами.
- Кстати о масштабах. Перед нашей встречей я побывал на одной из московских электростанций и был просто потрясен размерами этого, как говорят, среднего по мощности предприятия. Огромный машинный зал, конца не видно, по всей его длине два ряда крупных спаренных агрегатов - паровая турбина-электрогенератор. Где-то очень высоко, под самой крышей, мостовые краны. А спускаешься на нижний уровень и оказываешься в окружении бессчетного числа трубопроводов и каких-то гудящих вертикальных цилиндров большого диаметра - это паровые котлы; слышно, как в многоярусной системе больших форсунок сгорает газ, у каждой паровой турбины свой котельный комплекс. А еще есть непростое оборудование водоподготовки, конденсации отработавшего пара, извлечения твердых частиц из дыма, принудительного водяного охлаждения генераторов, повышения их выходного напряжения мощными трансформаторами и т. д. К сожалению, фотографии, которые до этого приходилось видеть, не дают представления об истинных размерах и сложности современной электростанции, этого гигантского завода, выпускающего электричество .
- Вы были на газовой электростанции, угольная наверняка произвела бы еще более сильное впечатление своим огромным хозяйством подготовки топлива. Это механизированная разгрузка железнодорожных составов, например опрокидыватели вагонов, система транспортировки и мельницы для измельчения угля, который затем эффективно сжигается в топках котлов в виде воздушно-пылевой смеси. Средняя электростанция потребляет за сутки 100-200 вагонов угля. Сегодня в топливном балансе электроэнергетики первое место (54%) занимает газ - с учетом того, что в России находится 38% его мировых запасов. На долю угля приходится 31%, в 2020 году будет 37%, а мощность угольных тепловых электростанций возрастет еще заметнее.
- Почему такое внимание углю? Ведь газ и нефтепродукты - топливо более удобное, более чистое...
- Во-первых, мировые запасы газа и нефти весьма ограничены; по серьезным прогнозам, их хватит на два-три десятилетия, и цены на них неуклонно повышаются. А уголь будет кормить мир энергией еще лет восемьсот. Я не оговорился - не 80, а именно 800. Во-вторых, большая наука не оставляет уголь без внимания, и уже есть несколько технологических решений, резко повышающих его ценность. Разрабатывается новая стратегия комплексного использования угля, в частности за счет газификации и получения жидких топлив. Расширяется сфера применения угля в качестве сырья для химической промышленности, и даже шлакам, с которыми у нас сегодня немало хлопот, находится полезное применение в строительной индустрии. Кроме того, начинают применяться такие интересные технологии, как сжигание и газификация угля в шлаковом расплаве, сжигание угля в кипящем слое (КС) и в циркулирующем кипящем слое (ЦКС), они заметно повышают параметры эффективности использования углей, в том числе самых низкосортных, и обеспечивают минимальные выбросы загрязняющих веществ (см. "Наука и жизнь" № 7, 1997 г.).
- В чем сущность этих технологий? Что конкретно они дают?
- Об этом нужно рассказывать отдельно, но две последние технологии, предельно упростив картину, попробую все же представить. В топке котла создают восходящий воздушный поток, и уголь, сгорая, как бы зависает в воздухе (технология КС) или, зависая, вовлекается в круговое движение (технология ЦКС). В результате уголь сгорает активнее, в том числе и низкосортный, низкокалорийный. Появляется возможность уменьшить теплообменные элементы самого котла, а также эффективно удалять из кипящего слоя вредные выбросы. В технологии ЦКС уголь сгорает при сравнительно низкой температуре, без шлакообразования.
- И в какой стадии эти новые технологии? Это идеи? Лабораторные эксперименты? Опытные установки?
- В Европе уже имеется 275 котлов, работающих по технологии ЦКС, в Соединенных Штатах - 155 котлов, в Японии - 28, в Китае - 25, а в странах Азии в целом - 126. В среднем тепловая мощность котлов нового типа - до 200 МВт, этого достаточно для электрогенератора мощностью примерно 70 МВт. Самый крупный котел, работающий с использованием технологии ЦКС, был построен во Франции лет восемь назад для энергоблока с электрической мощностью 250 МВт, котел работает на углях очень низкого качества. И у нас внедрение технологий КС и ЦКС - одно из важных слагаемых технической политики.
- Раз уж речь зашла о технической политике, поясните, пожалуйста, упомянутое чуть раньше: что стоит за словами парогазовый цикл и использование мощных газовых турбин?
- С газовыми турбинами все просто - в отличие от паровых, их приводит в движение не пар, а газы высокого давления, представляющие собой продукты сгорания топлива. В самолетных двигателях, например, это продукты сгорания керосина, сжигаемого на входе турбины. Для энергетики газовая турбина привлекательна тем, что у нее, во-первых, высокий кпд, вплоть до 36% и, во-вторых, ее можно быстро запустить или остановить, в зависимости от изменения электрической нагрузки. Долгое время турбин достаточно высокой мощности просто не было, но сейчас на электростанциях, в том числе и у нас, появляются газовые турбины мощностью 110-150 МВт - это уже вполне ощутимая величина для большой энергетики. К созданию мощных газовых турбин подключаются лидеры российской авиационной промышленности - заводы "Пермские моторы" и "Рыбинские моторы", думаю, энергетики вскоре это почувствуют.
Мощные газовые турбины - основной элемент парогазовых систем, применение которых уже в недалеком будущем позволит существенно - на 15-20%! - снизить потребление топлива при производстве электроэнергии на тепловых электростанциях. Если не вдаваться в детали, то парогазовую систему можно описать так: в нее входят мощная газовая турбина с электрогенератором и паровая турбина, тоже с электрогенератором и, естественно, со своим паровым котлом. Отработавшие в газовой турбине продукты сгорания, сохранившие высокую температуру, подаются в топку парового котла и там отдают всю энергию, какая у них осталась. В итоге кпд системы повышается до 55%, в то время как у паросиловой установки он, напомню, составляет 34%. Переход к парогазовым установкам едва ли не главное направление технического прогресса в энергетике. В соответствии с энергетической стратегией России в период с 2001 по 2020 годы намечается ввести около 80 млн кВт генерирующих мощностей на основе новых технологий, использующих парогазовые и газотурбинные установки (ПГУ и ГТУ).
- И сколько таких систем появится на наших электростанциях, скажем, в ближайшие десять лет?
- За этот срок намечается ввести более 16 млн кВт, вырабатываемых ПГУ и ГТУ. В целом, когда речь идет о технической модернизации электростанций, так же, кстати, как и о капитальном ремонте отслужившего свой срок оборудования, полезно вспомнить, что на тепловой электростанции работает до двух десятков агрегатов "паровой котел - турбина - электрогенератор". Это могут быть самые разные агрегаты, в частности, с установленной мощностью электрогенератора от 50 тыс. кВт (их хватит, чтобы "накормить" электриче ством небольшой город) до 1,2 млн кВт. Всего на тепловых электростанциях Единой энергетической системы действует около двух тысяч вырабатывающих электрическую энергию агрегатов, о состоянии и судьбе которых приходится думать.
Беседу вел специальный корреспондент журнала "Наука и жизнь" Р. Сворень.- ТЭС
- теплоэлектростанция с классическими паровыми турбинами и котлами;
- ТЭЦ
- теплоэлектроцентраль, тепловая электростанция, поставляющая одновременно электричество и тепло (горячую воду) для отопления и бытовых нужд;
- КЭС
- конденсационная электростанция (данная ТЭС не выдает потребителю тепло, отработавший пар конденсируется и возвращается в котел);
- ГРЭС
- государственная районная электростанция (очень крупная ТЭС или ТЭЦ, снабжающая электроэнергией большой регион и поставляющая ее далеким потребителям);
- АЭС
- атомная электростанция с паровыми турбинами и котлами, получающими тепло от атомного реактора;
- АТЭЦ
- атомный аналог ТЭЦ, наряду с электричеством поставляет тепло;
- ГЭС
- гидроэлектростанция, ротор генератора вращает гидротурбина, ее приводит в движение падающая вода;
- ПЭС
- приливная электростанция, гидротурбину вращают потоки воды во время морских приливов и отливов;
- ВЭС
- ветроэлектростанция, использует энергию воздушных потоков;
- ГеоЭС
- геотермальная станция, ее паровой котел получает тепло от теплообменников, расположен ных на большой глубине, обычно в районах вулканической активности;
- СЭС
- солнечная электростанция, использует панели фотоэлементов (либо классическую схему ТЭС, где паровой котел нагревают собранные с большой поверхности солнечное лучи);
- ГАЭС
- гидроаккумулирующая станция, работающая в комплексе с ГЭС (при избытке электроэнергии мощные насосы закачивают воду в водохранилище, с появлением нагрузки вода вращает турбины гидростанции).
*Мощность - показатель работоспособности, силы, активности действий. В электроэнергетике мощность - это энергия, которую генератор выдает, а потребитель использует за одну секунду. Единицы мощности - ватт (Вт), более крупные - киловатт (1 кВт = 1000 Вт), мегаватт (1 МВт = 1000 кВт = 106 Вт), гигаватт (1 ГВт = 1000 МВт = 109 Вт). Чтобы почувствовать, что стоит за этими цифрами, напомним: довольно яркая лампочка потребляет мощность 100 Вт, домашняя электроплита 2-3 кВт, электродвигатель трамвая или троллейбуса - примерно 100 кВт, поезд метро - 300-500 кВт. Крупному промышленному предприятию в среднем нужна мощность 50-100 МВт, а жилые районы такого города, как Москва, в вечерние часы потребляют никак не меньше, чем 2-3 тыс. МВт. Одна из основных характеристик, которыми пользуются энергетики, - установленная мощность электростанции или отдельного генератора. Это, по сути, то, что они должны отдавать в идеальном случае. Реальная, или, как ее называют, действующая мощность, как правило, немного меньше установленной.
*Общее количество энергии. Произведенная электростанцией или полученная потребителем энергия - это суммарное, итоговое ее количество, как правило, за длительный период. Единица произведенной (полученной) энергии - джоуль (Дж) - количество энергии, которое отдает источник мощностью 1 ватт за 1 секунду (1 Дж = 1 Вт . 1 с). У энергетиков в ходу более крупная единица - киловатт-час (1 кВт.ч = 3,6. 106 Дж); появляется это соотношение очень просто: 1 киловатт = =103 ватт, а 1 час = 3,6.103 секунды. Полезно вспомнить, что, согласно показаниям счетчика ваша, квартира потребляет примерно 100-200 кВт.ч электроэнергии в месяц, то есть около двух тысяч в год. Крупная электростанция вырабатывает порядка миллиарда киловатт-часов в год, в целом по России годовое производство электроэнергии приближается к триллиону киловатт-часов.
