Главная / Основной блог / Тетради / Энергия — наброски

Энергия — наброски

Немножечко закопался я с обещанной водой — а время не ждёт. Поэтому, вне очереди, небольшая (недописанная) ессея про энергию.

============

Опять же, в качестве небольшой вводки про «личное». Был у меня в деревне родной дядька — единственный, притом старший, брат матери. Был он электриком, и звали его, разумеется, Петровичем. Это только для нас с сестрой он был «дядягена», а так, конечно же, «петрович» в России не имя, а должность. Был он, как и положено, катастрофическим алкоголиком, но руками и кузькиной матерью умел делать «всё и ещё чуть-чуть». Несколько авторских свидетельств на изобретения (коими, конечно же, обклеивался изнутри сарай с гвоздями), телевизоры с «усиленным входом», которые он перепаивал прямо в том же сарае по собственной схеме — и, конечно, смотанные у всех соседей счётчики, чтоб за свет не платить. Росточком метр с кепкой, худенький, с грустными глазами — короче, подлинный во всех смыслах.

Зарплату электрика он получал на Юго-Восточной железной дороге, где обслуживал участок от Ельца до Старого Оскола. Строго говоря, по технике безопасности положено страховать внизу того, кто лезет на столбы — но страховать было некому, и так получалось, что нередко он брал с собой в качестве подстраховщика меня. Именно там я впервые в жизни узнал, как делают самодельные предохранители, подбирая медный провод нужного сечения, какие контакты в щитах содержат серебро, и как такие закреплять, чтоб не отвинчивали, и вдобавок выяснил, как надо правильно пить самогонку или разбавленный спирт, чтобы за один раз в тебя больше вошло.

Все те годы, сколько я себя помню, этот участок дороги — от Ельца до Старого Оскола — готовили к электрификации. Имеется в виду не «сопровождающее» электричество (которое, собственно, обслуживал дядька), а именно силовая линия, чтобы могли ходить электровозы (а не тепловозы, как нынче). По-моему, эта задача толком не решена до сих пор. Но теперь, правда, и значение дороги упало: она упирается южным концом в незалежную Украину, и грузопассажиропоток падает год от года, переключаясь на проходящие восточнее воронежские ветки — те идут на Ростов и южнее только по российской территории. В общем, не потянули. Поезд №237 Москва-Донецк и сегодня едет так же, как ездил все последние 30 лет: до ст. Ожерелье его везёт электровоз, который там отцепляют, и прицепляют тепловозик, который оттуда и пыхтит себе через всё большое Черноземье. В итоге, садясь в поезд в 10 вечера, я оказываюсь в своём Касторном только в 8 утра — хотя всего-то 550 километров.

Это потому, что протянуть силовой провод — в некотором роде не менее трудоёмкая и дорогостоящая задача, чем протянуть саму железную дорогу.

=====================

План «ГОЭЛРО», равно как и его главная идейно-пропагандистская формула «коммунизм = советская власть + электрификация всей страны», на самом деле — отражение глубокого концептуального сдвига в сознании управленцев, который могла осуществить только революция. Либералы-прогрессисты царской эпохи, мыслившие категориями рыночной экономики, в основном рассматривали энергетику как прикладную сферу по отношению к развитию промышленности. Грубо говоря, если для того, чтобы работал завод, нужны энергомощности — это проблема «заводчика»: пусть ставит «установку» и сам производит себе энергии сколько надо. Рассматривать энергетику как часть базовой инфраструктуры общего пользования, единую коммунальную и промышленную сеть, умели только отдельные академические учёные, почитавшиеся за прожектёров и безумцев. Возможно, именно поэтому мечтатели академические и мечтатели кремлёвские так быстро нашли друг друга: ещё шла гражданская война, а на повестку работы ленинского ЦИКа встала программа электрификации уже как практическая задача.

Ключевой элемент раннесоветского плана электрификации — это строительство каскада гидростанций на Волге. Понятно, почему до революции это нельзя было рассматривать иначе как прожектёрство: Волга всё ещё была основной транспортной артерией европейской части страны, по ней вверх возили хлеб, а вниз — мануфактуру; Нижегородская ярмарка — хозяйственное сердце сезонного цикла аграрной экономики. Всё «большое» побережье Волги — следы именно того уклада: от ткацких производств во Владимирской и Ивановской областях до бесконечной «хохломы» — всех этих «деревень народных промыслов» между Тверью и Нижним: они работали именно на Большую Ярмарку и вне её — высохший музейный реликт. Те же знаменитые бурлаки — дешёвая и выгодная альтернатива механизированному водному транспорту (примерно как сейчас живые китайцы — японским конвейерным роботам).

Гидростанции и водохранилища на Волге подрубали, рушили этот уклад целиком — в своём роде похуже коллективизации. Водохранилища затапливали огромные прибрежные территории, причём наиболее обжитые и развитые. Кто-нибудь был в районе затопленных и полузатопленных верхневолжских городов? Молога (полностью под водой), Калязин, Углич, Весьегонск… Торчащие из воды колокольни со ржавыми крестами — самый красноречивый памятник той катастрофе. Кроме того, в долгосрочном плане летит к чертям вся гидрогеология того региона, который оказывается осчастливлен огромной лужей: меняются свойства почв, заболачиваются поля, начинает болеть лес… Вся пойма, на значительном расстоянии от берегов водохранилищ, становится зоной бедствия. Так что это ещё вопрос, какой из видов электроэнергетики наиболее (или наименее) экологичен.

Смысл в том, что практик — хозяйственник, предприниматель, экономист — такое насилие над главной хозяйственной артерией страны мог помыслить разве что в кошмаре. Для того, чтобы осуществить его въяве, нужен был холодный, отрешённый и садистский мозг учёного-теоретика — или, наоборот, большевистского комиссара. В случае с Волгой совпало и то, и то.

Но в итоге мы теперь обладаем величайшим инфраструктурным богатством: единой энергосистемой, где доля гидроэнергетики составляет до 20% (http://www.raexpert.ru/researches/energy/electroenerg_1999/part_4_1/). Сейчас попробую показать, почему это важно — и заодно на этом примере раскрыть идею энергобаланса как такового.

Итак. Сегодняшний энергобаланс России (более подробно можно посмотреть по ссылке выше) устроен следующим образом. Основную долю генерируемой энергии — более 63% — дают теплостанции, работающие на газе, мазуте, солярке или угле. Больше всего — газовых; только их одних — около 50%.  Атомная энергетика — не более 13-15% в общем балансе (а шуму-то). 20% — гидростанции; всё остальное — 3-4%.

Вся эта энергия совокупной мощностью около 200 миллионов киловатт сливается от разных генерирующих источников в единую энергосеть, откуда уже распределяется потребителям, будь то промпредприятия или жилой сектор.

200 миллионов киловатт: много или мало? Киловатт — это обычный дисковый или спиральный электрочайник. Если все 142 миллиона жителей нашей страны одновременно включат по чайнику каждый — это уже 142 миллиона киловатт ;) Если говорить серьёзно, то к проблеме острейшего и постоянно растущего энергодефицита Россия вплотную подошла уже в позапрошлом году. Проблема имеет много граней, но две основных: во-первых, это недостаток собственно генерирующих мощностей, а во-вторых — недостаток транспортных мощностей сетевого хозяйства, передающего энергию потребителям.

В 2003-м я встречался с несколькими экспертами-энергетиками и с ЕЭС-овской, и с РосАтомовской стороны. И те, и другие в один голос говорили: срок «беспроблемного» в энергетическом смысле роста производства — года четыре, никак не больше. Дальше он упрётся в потолок возможностей энергетики — и окажется, что новые производства просто некуда подключать. «На данный момент» — говорил один из них — «превышение производства энергии над потреблением составляет порядка 40% (т.е. тогда мы потребляли около 145 млн кВт из тех 200). Если мы продолжим расти теми же темпами, что и сейчас, то к 2007 году таковое превышение составит всего 15% — а это уже технологический предел, за которым начинается падение частоты и глобальные перебои в сети. А ввод новых мощностей — дело крайне небыстрое и трудоёмкое: чтобы новые мощности необходимого объёма появились хотя бы к 2010-му, начинать надо уже сейчас».

Почему производиться энергии должно хотя бы на 15% больше, чем потребляться? Одна из причин — в неравномерности энергопотребления. Т.е. в проблеме так называемых «пиковых нагрузок». Вот система произвела за сутки N киловатт-часов — потребители за те же сутки их сожгли. Но вся беда в том, что жгут они их то сильнее, то слабее в течение дня: в итоге потребляемая мощность то падает, то растёт. И если совокупная мощность энергопотребления всех, грубо говоря, «включенных в розетку» устройств превышает возможности сети — сеть падает, даже если киловатт-часов из расчёта на сутки генерируется столько, сколько надо.

Энергетики выделяют два пика энергопотребления: дневной и вечерний. Дневной — это когда работают все производства. А вечерний — это когда по максимуму отжирает мощности жилой сектор: пришедшие домой люди включают свет, телевизоры, стиральные машины и т.д. Плюс работает уличное освещение и всё то, что работает в тёмное время суток. А если речь о холодных днях зимы, то электричество — это ещё и дополнительный (а местами и основной) обогрев помещений. Вечерний пик — самый серьёзный.

Так вот. Быстро нарастить и уменьшить совокупную мощность системы невозможно. Не в последнюю очередь именно по этой причине огромное количество электроэнергии производится «впустую», с перекрытием — из расчёта как раз на пиковые нагрузки.

Теперь о том, чем так ценна гидроэнергетика. «Разгон» тепловой или атомной станции — крайне небыстрое дело; управление мощностью там идёт с задержкой подчас на несколько дней. А вот водохранилище, на стоке которого стоят турбины гидростанции, это фактически огромный аккумулятор энергии: объёмы генерации «на пике» можно регулировать быстро и плавно. Поэтому те 20%, которые дают ГЭС, они так и ценны.

Увы, в случае с Волжским каскадом сейчас это преимущество фактически сведено на нет. Каскад уже несколько лет работает считай на пределе мощности, сколько есть воды в Волге — столько и держат уровень. И начальники всё время ноют о необходимости подъёма водохранилищ — вечный скандал на эту тему.

Но это именно потому, что генерирующие мощности в целом по системе давно уже в дефиците.

С «гидры» я начал просто потому, что этим летом выпал случай поизучать Верхнее Поволжье именно в этом историческом разрезе — «до» и «после» водохранилищ. По-хорошему, надо было начинать с основы основ советской инфраструктурной модели — тепловых станций. Особого упоминания заслуживает идея ТЭЦ — станций, генерящих как электричество, так и тепло; но это, скорее, к отдельной (и важной!) теме теплоснабжения; про него, даст Бог, отдельную ессею напишу.

Важно понимать: и в тепловой, и в атомной энергетике движетелем генерирующих турбин является в основном та же вода, только помещённая (в натуральном виде либо в виде пара) в замкнутый цикл нагрева-охлаждения. Доля не-водяных (основанных, скажем, на принципе внутреннего сгорания) генерирующих технологий крайне низка. Иными словами, сердцевой механизм что тепловой, что атомной энергетики — это, грубо говоря, печка, нагревающая воду (в случае с АЭС такой печкой является реактор). Отсюда понятно, почему так медленно регулируется мощность: пока увеличишь объёмы сжигания, пока нагреется и начнёт быстрее циркулировать вода…

Низкий, даже по сравнению с тепловыми, КПД атомных станций связан в основном с тем, что водяных циклов там несколько: собственно реактор нагревает находящуюся в первом цикле т.н. «тяжёлую воду», которая потом, в свою очередь, нагревает уже «обычную» воду, предназначенную для вращения турбин (принцип водно-водяного энергетического реактора).  Понятно, что на всех этих этапах происходят гигантские теплопотери, позволяющие даже говорить о феномене «теплового загрязнения» окружающей среды. Но в пересчёте на деньги производимый атомом киловатт-час всё равно выходит дешевле, чем у всех остальных: настолько велико в абсолютных цифрах количество тепла, выделяемого при реакции распада, в расчёте на единицу топлива.

Плюс — масштаб. Чем больше станция, тем меньше выходит удельная стоимость единицы производимой энергии. В серии про тепло я ещё покажу, как именно этот несколько общий принцип сыграл с нашей системой злую шутку.

=====================

Но сейчас я хочу не об этом сказать. А о том, как вышло, почему мы упёрлись в пределы мощностей.

Если сравнивать нашу ситуацию с ситуацией 1989-го года, то в плане производства энергии ситуация изменилась не сильно. Объём мощностей фактически сохранился тот же; новые почти не вводились — но и старые практически не замораживались.

Что касается промышленности, то к 2007 году она только-только восстановила (и то не по всем направлениях) объёмы 20-летней давности. Но тогда, в 89-м, превышение производства энергии над её потреблением было значительным! Что же случилось сейчас?

Правильный ответ таков: энергодефицит пришёл к нам из не из промышленной, а из бытовой сферы. Именно в нашем повседневном быту произошли те изменения, результатом которых стали в разы выросшие фактические стандарты бытового энергопотребления. Количество бытовых устройств, которые средний человек подключает сегодня к розетке, сильно увеличилось; требования к мощностям тоже меняются в сторону умножения.

Именно там же и находится основной резерв экономии энергии. Скажем, если бы в подъездах, освещённых по умолчанию всю ночь, вместо выключателей поставить датчики движения, одно это спасло бы сотни тысяч киловатт-часов. Если бы люди в квартирном освещении массово перешли с ламп накаливания на галогенки или диодные лампы — результат был бы ещё более впечатляющим.

…засыпаю на ходу, поэтому пунктиром темы, которые остались нераскрытыми (а надо бы):

1.       Альтернативная энергетика

2.       Малая энергетика

3.       Энерготарифы, их расчёт и тарифная политика.

4.       Чубайц и результаты его менеджерения

5.       Сети, архитектура и пропускная способность сетей

6.       Батарейки, аккумуляторы, микро-динамо, питание мобильных устройств

7.       Тема безопасности и ЧС в энергетике (от искрящей розетки до Чернобыля)

8.       «А как у них»: Калифорния, Дания, Китай, атом, ветряки, солнечные батареи…

9.        Тема ТГК и границ энергорегионов. новые станции

10.      Газ, солярка и уголь («топите кизяками»; Толоконский и кемеровцы)

Ещё дофига всего забыл нужного, но это я потом пойму ;)

Алексей Чадаев

Директор Института развития парламентаризма