Прогнозом – по загрозам. Як уберегти енергосистеми від пертурбацій клімату

38

Співробітники лабораторії глобальних проблем енергетики національного дослідницького університету» меі ” завершують дослідження фундаментальних проблем забезпечення надійності енергетичних систем в умовах кліматичних змін на території росії. Робота підтримана грантом російського фонду фундаментальних досліджень. Як розповів член-кореспондент ран володимир клименко, головний науковий співробітник нду “меі”, була зроблена оцінка глобальних біотичних потоків вуглецю в атмосферу при різних сценаріях зміни площі лісів в помірно-бореальній і тропічній зонах. Однією з основ для аналізу послужили відомості національних інвентаризацій лісових земель, а інший – оцінки площ поверхні планети, покритих деревною рослинністю, отримані за даними дистанційного зондування землі. Прогнозуються три нові сценарії зміни площі лісів. Вони базуються на різних припущеннях про їхню долю на планеті – від екстраполяції сучасних тенденцій до переходу до практики лісокористування з повсюдним повним відтворенням.

– зведення лісів для отримання пасовищ і орних земель, заготівлі дров і будівельних матеріалів і, нарешті, з інфраструктурними цілями (будівництво міст, доріг, нафто – і газопроводів) – це значне антропогенне втручання в природу з серйозними наслідками для глобального клімату та екології, – розповів володимир вікторович. – збезлісення призводить до збільшення вмісту вуглекислого газу в атмосфері, зростання глобальної температури і значної трансформації полів опадів. Помітне наростання концентрації co2 в атмосфері, пов’язане майже виключно з вирубкою дерев і їх подальшим спалюванням, вже мало місце, починаючи ще з кінця xviii століття. В індустріальний період до значно збільшеним біотичним потокам вуглецю в атмосферу був доданий потужний промисловий викид вуглекислого газу, пов’язаний зі спалюванням органічного палива. До кінця xx століття в результаті складання багатьох факторів, в тому числі антропогенного відновлення лісів помірного і бореального поясів і так званих зворотних зв’язків, що діють в умовах підвищення концентрації co2 і зростання температури (розширення площ, займаних континентальної біотою у високих широтах, зростання фіксації атмосферного вуглецю рослинами та ін.), біотичний нетто-потік вуглецю в атмосферу почав помітно знижуватися і врешті-решт поміняв свій знак. Тобто тепер біосфера являє собою ефективний резервуар для стоку вуглецю з атмосфери. Від того, наскільки стійкий нинішній тренд, значною мірою залежать майбутні концентрації co2, а з ними також масштаб очікуваних кліматичних змін і реакція на них світової спільноти. Більш того, нами досить переконливо показано, що без глобальної програми лісовідновлення ніякі інші заходи не допоможуть досягти головної мети паризької угоди – утримати підвищення температури в межах 2 або 1,5 градуса.

– а як це пов’язано з надійністю енергетичних систем? – енергетика відноситься до галузей економіки, найбільш схильним до впливу природно-кліматичних факторів. Нашими співробітниками виконаний великий аналіз впливу спостережуваних і очікуваних змін клімату на об’єкти вітчизняної енергетики. Сумарний ефект від них оцінений як виразно позитивний в основному завдяки істотному зниженню потреби в опаленні. Однак на цьому сприятливому тлі різні екстремальні прояви погодно-кліматичних процесів можуть істотно ускладнити роботу енергетичних об’єктів.

– наприклад? – наприклад, в помірних і високих широтах на самі морозні дні припадає пік споживання енергії. Це може призводити до дефіциту генеруючих потужностей. Так, в особливо холодні дні зими 2006/2007 років були введені обмеження в московській енергосистемі, а минулої зими весь світ з подивом дізнався, наскільки вразливі до раптово нахлинули різкого похолодання енергосистеми провідних країн америки і європи. У регіонах з більш теплим кліматом особливо небезпечні хвилі спеки, так як в цей час поряд із зростанням споживання електроенергії (в першу чергу на кондиціонування повітря в приміщеннях) виникають проблеми з роботою атомних і теплових електростанцій. За останні десятиліття в світі спостерігалося безліч інцидентів, коли в спекотні літні періоди доводилося обмежувати постачання електроенергією часом десятків мільйонів споживачів і навіть зупиняти роботу тес і аес.

Ми досліджуємо зміни температурних екстремумів на території росії і оцінюємо їх вплив на енергетичні баланси енергосистем в динаміці. Метеорологічні параметри поряд з економічними показниками і технічними характеристиками відносяться до основних вхідних даних, що визначають роботу регіональних енергосистем: від споживання електроенергії до запасу потужності тец, необхідної для покриття теплового навантаження в морозні дні. Уточнення вхідних метеорологічних даних має найбезпосередніше практичне значення при плануванні роботи регіональних енергосистем.

– звідки ви ці дані берете? чи достатньо їх для побудови практично застосовної моделі? – при проектуванні, модернізації та експлуатації енергетичних об’єктів вплив клімату, як правило, враховується за допомогою довідкових даних. Але довідкові характеристики необхідно регулярно оновлювати. Наприклад, дані нормативів з будівельної кліматології в росії, що визначають вимоги до систем опалення, вентиляції та кондиціонування, останній раз були актуалізовані в 2012 році, щоб врахувати спостережувані на території країни зміни кліматичних параметрів. Однак з тих пір вже були перевищені деякі метеорологічні рекорди: досить згадати надзвичайно теплу зиму 2019/2020 років. Кліматичні характеристики, розраховані виключно на базі даних про клімат минулого, перестали бути надійною основою для оцінок в майбутньому.

Тому виникає питання: наскільки ефективними і надійними виявляться рішення, закладені при проектуванні енергосистем сьогодні, якщо вже через одне-два десятиліття їх експлуатації кліматичні умови істотно зміняться в порівнянні з нормативними? універсальна відповідь поки відомий тільки стосовно інтегральних характеристик.

– якісь загальні прогнози для регіонів вдається робити? наскільки вони точні? 8>–>- в останні роки спостерігається нерівномірність зростання зимового і літнього споживання електроенергії, в тому числі і його пікових значень. Це викликано сукупною дією соціально-економічних (зниження частки промислових споживачів, розвиток рекреаційної інфраструктури, зростання забезпеченості кондиціонерами) і природно-кліматичних (неоднорідне підвищення температур повітря в зимовий і літній періоди) факторів. В результаті в найбільшій південній енергосистемі, кубанської, в 2014 році вперше в історії вітчизняної енергетики річний максимум споживання припав не на зимовий, а на літній період. Це положення зберігається вже вісім років поспіль і формує нову стійку реальність. У найбільшій енергосистемі росії, московській, що характеризується високим рівнем соціально-економічного розвитку, вже помітно формування локального максимуму в літній період, і темпи його зростання в останні півтора десятиліття на 60% перевищують темпи зростання річного «традиційного» зимового піку. І, нарешті, в липні 2020 року вперше в історії вітчизняної електроенергетики вже у всій оес півдня максимум потужності споживання перевищив січневий. Поки в більшості енергосистем це веде до вирівнювання внутрігодовой нерівномірності споживання електроенергії, проте в майбутньому це може привести до негативних ефектів.

Враховуючи той факт, що процеси, в тому числі кліматичні, що визначають зазначені особливості еволюції споживання електроенергії, продовжать розвиватися і в наступні десятиліття, можна очікувати посилення зазначених тенденцій в динаміці добових електричних навантажень. Це може призвести до досить істотної зміни умов управління режимами регіональних енергосистем по всій країні.

– але об’єднані енергосистеми росії повинні володіти значним резервом потужності. – кожна четверта регіональна енергосистема в країні відчуває дефіцит генеруючих потужностей, покриваючи свої потреби в електроенергії за рахунок перетоків з сусідніх енергосистем. Термодинаміка енергетичних циклів тес і аес зумовлює деяке зниження показників їх роботи (потужність, ккд) при підвищенні температури зовнішнього повітря. Це зниження становить 0,4-0,8% на кожен градус підвищення температури і в масштабах країни еквівалентно втраті одного блокуГигаваттной потужності. Таким чином, зростання попиту на електроенергію в літній період буде супроводжуватися відчутним зниженням вироблення теплових і атомних електростанцій.

Крім того, в південних регіонах європейської частини росії спостерігається зменшення річкового стоку, яке, згідно з модельними оцінками, продовжиться і в найближчі десятиліття. Це викличе відповідне зниження продуктивності гес, які в південному федеральному окрузі забезпечують помітну частку вироблення електроенергії – 15%.

– за вікном стає з кожним роком все тепліше і взимку, і влітку… – деякі російські аес (курська, воронезька, ростовська і балаковська) розташовані в регіонах, де, за даними всеросійського нді гідрометеорологічної інформації – світового центру даних, середньодобові температури повітря влітку досягають +33 градусів. Незалежні дослідники, а також екологічні служби росатому відзначали, що температура води в ставку-охолоджувачі ростовської аес вже наближалася до граничної (+30°с), встановленої нормативними документами. Слід очікувати, що в умовах подальшого підвищення температури повітря можливе формування нерозрахункових умов роботи станційного обладнання, що може викликати необхідність зниження потужності реакторів або навіть тимчасової їх зупинки.

– іншими словами, природні загрози дісталися до енергетики? 8>–>- за даними росгідромету і мнс, в останні десятиліття спостерігалося збільшення кількості природних явищ, що спричинили за собою значний економічний збиток. Так, якщо в 1990-х роках число небезпечних гідрометеорологічних явищ, що призвели до значного економічного збитку, знаходилося на рівні 200 на рік, то в поточному столітті вони, схоже, збільшаться вдвічі!

Разом з тим дані статистики свідчать про істотне зниження аварійності в електроенергетиці росії, що говорить про успішність програм постійного технічного переозброєння галузі. Це підтверджують і матеріали ростехнагляду, що фіксують великі аварії, і дані пат «россеті», що включають в себе більш дрібні технологічні порушення. Притому частка природних факторів-вітер, ожеледь, блискавки – в причинах аварій електромереж, за даними пат «россеті», досягає 50%, але може істотно змінюватися в залежності від клімату і геолокації.

Таким чином, при очікуваних змінах клімату на території росії, наприклад, зростання літніх температур повітря, можлива ситуація, коли при збільшенні споживання енергії виникне нестача потужностей для її виробництва. І подібна ситуація може бути спровокована порушенням міжсистемних зв’язків, що забезпечують перетікання електроенергії в енергодефіцитні регіони.

Крім того, слід врахувати, що в ремонт генеруюче обладнання частіше відправляють влітку. Так, за даними со єес, зимові значення перевищуються приблизно вдвічі. У 2018-2019 роках в єес росії в зимові періоди в ремонті знаходилося обладнання встановленою потужністю в середньому 17 гвт, в літній період – 35 гвт.

Кліматичні зміни на території росії, що виражаються в підвищенні температури повітря в усі сезони у всіх регіонах, призводять до уповільнення зростання зимових і прискоренню зростання літніх максимумів навантаження практично у всіх енергосистемах, а також до зниження добової нерівномірності споживання електроенергії в холодний період і істотного збільшення цієї нерівномірності влітку. В цілому ж відбуваються зміни клімату непрямим чином сприяють підвищенню надійності постачання споживачів електроенергією взимку. Для літа безперервне зростання максимумів споживання електроенергії в поєднанні зі збільшенням добової нерівномірності споживання і, як наслідок, підвищенням потреби в регулювальному діапазоні означає підвищення ризику масових порушень енергопостачання. При порушенні режимів роботи генеруючих об’єктів (тес, гес і аес) в жарку погоду цілком реальною стає можливість масових відключень споживачів в енергосистемах півдня і центру.

– володимире вікторовичу, влада вже зацікавилася вашими моделями? як вони вписуються в стратегію соціально-економічного розвитку рф, де йдеться про необхідність зниження рівня викидів парникових газів? – я постійно консультую різні федеральні органи влади, міносвіти, мінекономрозвитку, мзс, міненерго, ради безпеки, росгідромет. Росія готується до здійснення масштабної програми трансформації своєї економіки, енергетики, транспорту, лісового і сільського господарства в рамках стратегії низьковуглецевого розвитку країни, третя версія якої з’явилася минулого місяця. Я думаю, що і ця версія не остаточна. Перед росією стоїть складне завдання встановити такі орієнтири щодо скорочення емісії парникових газів, які не викликали б роздратування у світової спільноти, але і не загрожували б уповільненням економічного зростання, і без того досить слабкого в останні роки.