Прийшов час для децентралізованої енергосистеми

Цей текст я пишу на ноутбуці при свічках під час чергового аварійного відключення електроенергії. Українська енергетика лежить в руїнах. Російські атаки на енергосистему України можна розглядати з різних сторін, перш за все - як воєнний злочин, але я хочу звернути увагу на іншій бік проблеми - на привід зайнятися зміною архітектури енергосистеми.

Наша енергосистема виявилась вразливою, тому що в її основі - архітектура часів СРСР, тобто величезні атомні та теплові електростанції, поєднані магістральними лініями електропередачі напругою від 220 до 750 кіловольт. Не дивлячись на те, що загальна потужність електростанцій значно перевищує потребу в електроенергії, особливо після того, як тисячі підприємств зупинилися і мільйони людей виїхали з України, мільйони людей зараз не мають електроенергії, бо зруйновані високовольтні мережі і підстанції. Відновлення однієї високовольтної трансформаторної підстанції вимагає декількох місяців роботи, бо трансформатори треба виготовляти на замовлення, їх в магазині не купиш.

Я вже не кажу про те, що ці великі електростанції потребують ядерного або викопного палива, якого у нас або нема взагалі, або не вистачає, що робить енергетику залежної від постачання з-за кордону, а значить - більш вразливою.

Як відбудовувати енергосистему після війни?

Технічне рішення давно відоме, і це зовсім не малі модульні ядерні реактори, яких ще не існує на практиці. Рішення полягає в децентралізації генерації електроенергії з використанням місцевого палива - відходів рослинництва, тобто соломи зернових, лушпиння соняшника, стебла кукурудзи та подібних відходів. У нас десятки мільйонів тонн такого палива, ціна його менша в декілька разів порівняно з будь-яким іншим паливом.

Головне - нам нічого не треба вигадувати в технології та обладнання для такої енергетики. На відміну від малих ядерних реакторів, для енергетики на біомасі все вже створено і перевірено практикою. В ЄС є країна, яка зараз на 100% використовує всі свої відходи рослинництва для виробництва тепла і електроенергії, вона вирішила всі технічні та організаційні проблеми такого типу енергетики. Ця країна - Данія.

Данія не дуже велика країна - не більше 6 мільйонів населення. Зовсім не "житниця Європи", хоча рослинництва має доволі, сільськогосподарських угідь 26 тисяч квадратних кілометрів. Основні відходи, які йдуть на паливо для ТЕЦ, - це солома ячменю, жита, пшениця та ріпаку - всього до 6 мільйонів тонн на рік, з них на паливо для енергетики використовується 1,6 - 2 мільйона тонн, тобто в межах 30%. З усією соломи біля 40% залишається в полі для підтримання родючості, ще 30% використовується в тваринництві на підстилку і корм.

Зрозуміло, що при таких обсягах ресурсів біомаси в Данії енергетика на біомасі поступається двом іншим джерелам відновлюваної енергії - вітру та сонцю, але наявна рослинна біомаса використовується повністю.

Роботи по використанню соломи на паливо розпочалися в Данії після нафтової кризи 1970-х років. З точки зору технології, паливо з соломи має декілька особливостей: (1) високий вміст калію, в 10-15 разів більше, ніж в вугіллі або деревині, що потребує спеціальною конструкції топки для парових котлів, (2) висока розпорошеність по території при низькій щільності, що потребує пресування в полі і робить нерентабельним перевезення на значні відстані (середній радіус поставки соломи на ТЕЦ в Данії знаходиться в межах 50 км, максимальна відстань поставки 100 км).

Для подолання цих проблем в Данії були сконструйовані спеціальні котли, Данія зараз є світовим лідером з їх виробництва, організовано збирання соломи в полі спеціальними пресами, які пакують солому в стандартизовані тюки вагою по 500 кг. Транспортуються ці тюки по 24 штуки автотягачами. На кожній електростанції є лінія прийому, розпаковки, подрібнення і подачі соломи в топку. Завдяки стандартизації тюків подача палива в топку теж стандартизована.

Технологічний процес потребує чіткої організації поставки соломи на ТЕЦ, бо на електростанціях зберігається, як правило, запас палива на дві доби, решта запасів зберігаються на місцях вирощування та збору зернових.

Зола, що залишається після спалювання соломи, на 80% повертається в сільське господарство в якості добрива. Приблизно 20% золи має летючу форму, її не можна використати на добрива з-за вмісту кадмію. Цю частину золи доводиться захоронювати, бо способи її утилізації ще не винайдені.

Перша ТЕЦ на соломі почала працювати в 1989 році, вона спалює 26 тисяч тонн соломи на рік. З того часу в Данії побудовано біля 10 ТЕЦ, які працюють на соломі, ще декілька, які використовують солому з вугіллям, а ще декілька - солому з деревною тріскою. Найменша з ТЕЦ потребує 14 тисяч тонн соломи на рік, найбільша - майже в 20 разів більше. Подальше збільшення кількості ТЕЦ на соломі не можливе, бо ресурси соломи для енергетики вже використані повністю.

Для прикладу глянемо на одну з невеличких ТЕЦ на соломі, яка побудована в 1999 році і належить компанії DP CleanTech. Вона має електричну потужність 10 МВ та теплову 20 МВ і надає електроенергію, тепло та гарячу воду у два невеличких містечка на півдні Данії. Ця ТЕЦ забезпечує електроенергією 10 тисяч сімей і покриває потребу в опаленні двох сусідніх містечок.

Порівняємо ресурси і потреби Данії та України.

Наше населення приблизно в 7 разів більше, ніж в Данії, а відходів аграрної біомаси, придатних для використання в енергетиці, у нас майже в 20 разів більше.

Ось дані Біоенергетичної асоціації України за 2017 рік.

Більш-менш використовується для енергетики лушпиння, воно покриває енергетичні потреби заводів по переробці соняшника на олію. Решта аграрних відходів для енергетики втрачаються.

Що було б, якби ми використовували свої відходи на рівні данців? Ми могли б забезпечити паливом приблизно 2500 малих ТЕЦ, подібних до згаданої вище, або багато сотень ТЕЦ середньої данської потужності. Що б ми з цього мали?

1. Стійкість. Ніяка ракетна атака Росії не може вивести з ладу енергосистему, в якій майже тисяча незалежних станцій генерують електроенергію і тепло, а не один-два десятки величезних станцій.

2. Надійність. Це не технологічна примара, як модульні ядерні реактори, а абсолютно надійна і сотні разів перевірена технологія.

3. Ремонтопридатність. У випадку пошкодження ремонтувати малі ТЕЦ простіше і швидше, ніж величезні високовольтні трансформаторні підстанції.

4. Швидкість реалізації проектів. Малі ТЕЦ потужністю 10-30 МВ будуються за декілька місяців, а не роками, як великі теплові і атомні станції.

5. Економічна ефективність. Не можливо знайти паливо дешевше, ніж аграрні відходи.

6. Енергетична незалежність. Всі ці десятки мільйонів тонн палива кожного року виростають на нашій землі, імпорт не потрібний.

7. Робочі місця. Біопаливна енергетика, на відміну від сонячної та вітрової, створює багато робочих місць по ланцюгу від поля до електростанції.

8. Мультиплікативний ефект. Сотні ТЕЦ на біомас створюють попит на продукцію енергетичного і сільськогосподарського машинобудування - турбіни, котли, обладнання пресування соломи тощо.

9. Керованість. На відміну вів сонячних і вітрових станцій, ТЕЦ на біомасі не залежать від примх погоди та працюють цілодобово.

10. Вуглецева нейтральність. ТЕЦ на біомасі не впливають на зміну клімату, бо викиди СО2 при згорянні біомаси дорівнюють вилученню СО2 з атмосфери при вегетації рослин.

Здається, децентралізована енергетика на відходах аграрної біомаси не має недоліків. Чому її у нас нема? Бо пару суттєвих проблем на заваді все ж таки є:

(а) На відміну від будівництва автодоріг або ТРЦ, тут складно знайти великі "відкати", а наша державна машина без цього мастила погано працює.

(б) Висока рентабельність енергетики на відходах біомаси неодмінно викличе появу "української національної тварини" - жаби. Власники відходів, яких задушить жаба, піднімуть ціни на відходи, що вб’є інвестиційну привабливість біоенергетики.

Якщо знайти засоби приборкання українського чиновника і української жаби, то за кілька років ми будемо мати стійку, ефективну, імпортонезалежну енергосистему. "Велике будівництво" зараз конче потрібне в новій, децентралізованій енергетиці.