Энергетический фундамент России

http://cont.ws/uploads/posts/601053.jpg
Россия имеет три особенности, радикально отличающие ее от любой другой страны на планете.

Это не хорошо и не плохо, это не зависит от нашего государственного строя – это дано природой, историей или, если кому-то так больше нравится, Создателем. Размеры. Климат. Плотность населения.

Размеры – самые большие. Климат, как мягко выражаются ученые, «характерен для зоны рискованного земледелия: глубоко отрицательные температуры в зимнее время, резко сменяемые весенними разливами рек, периодически переходящими в наводнения». Плотность населения – 8,56 человек на квадратный километр по данным 2015 года, 15 место снизу в списке всех государств нашей планеты.

Какие варианты развития у такой страны? Да не так их и много. Можно идти по пути Канады, население которой сосредоточено у ее южной границы, а в Арктике, как и сотни лет назад, продолжают жить практически исключительно ее коренные народы.

Мало отлична картина в Финляндии с ее Лапландией, сравнивать населенность Аляски и всех остальных штатов Америки тоже не приходится. Но Россия уже много лет тому назад выбрала другой путь: мы хотим видеть свою страну единым целым, без белых пятен и непонятных незаселенных, неосвоенных «пустынь».

«Богатство России прирастать Сибирью будет!» — отчеканено еще Ломоносовым.

Много воды утекло с той поры, но формула не изменилась – прирастаем. Осваиваем энергию сибирских рек, находим в ее недрах нефть и газ, строим дороги и города. Цари, большевики, демократы – Сибири все равно, никаких отличий. Или есть стремление освоить азиатскую часть России – или его нет.

Объявив развитие Дальнего Востока национальным проектом XXI века, Владимир Путин не «открыл Америку», он всего лишь в очередной раз подтвердил: Россия в освоении собственной территории двигалась, двигается и будет двигаться по своему собственному пути.

Что обеспечивает связность регионов России в единое целое? Дороги и связь, умение развивать те регионы, развитие которых экономически выгодно, развитие которых поможет перекрыть незаселенные «лагуны» новыми городскими конгломерациями. Как развивать города в наших краях? Первично – обеспечивая их генерацией электроэнергии и тепла, без этого человеку там физически выжить невозможно.

О том, что энергетика в условиях России не может быть делом частным, а только государственным, задумались очень серьезные люди еще в конце XIX века. Мы не будем строить какие-то сложные, многоступенчатые схемы, мы просто перечислим факты нашей истории, приоткрыв некоторые их стороны – те, о которых говорят очень нечасто.

С кого начиналось распространение идей Маркса в России? «С Плеханова» – ответят те, кто сколько-то лет тому назад изучал этот вопрос. Так оно и было, вот только плехановская группа «Освобождение труда» трудилась не в России, а в славном городе Женева. Хорошие люди, мощные теоретические работы – слов нет.

А в самой России, в Санкт-Петербурге в 1889 году возникла группа Бруснёва, названная так по имени ее основателя, студента Политехнического института Михаил Ивановича Бруснёва, будущего полярного исследователя. В руководстве группы был и такой интересный человек, как тогда еще будущий выпускник Харьковского технологического института, будущий строитель электростанции под Москвой и сотрудник европейских энергетических компаний Леонид Борисович Красин.

Мы помним другие посты этого человека в Советском правительстве и даже про пароход его имени нам Маяковский рассказал, но, если бы не Октябь17-го, Красин, вероятнее всего, продолжал бы руководить российским филиалом компании «Сименс».

В 1892 многие члены брусневской группы были арестованы, но немало было и тех, кто сумел остаться на воле, и уже в 1893 они оказывали помощь Владимиру Ульянову в организации «Союза борьбы за освобождение рабочего класса». Во главе предтечи партии большевиков, кроме самого Ульянова, встали те, чьи имена многие позабыли.

Студенты Политехнического института, не успевшие получить дипломы инженеров Анатолий Александрович Ванеев и Петр Кузьмич Запорожец, выпускники все того же Санкт-Петербургского Политехнического, инженеры-энергетики Глеб Максимилианович Кржижановский, Иван Иванович Радченко, Василий Васильевич Старков, инженер-механик Александр Леонтьевич Малченко.

Имен и фамилий много, но образование подавляющего большинства будущих партийцев настолько однообразно, что юрист Ульянов на их фоне просто исключение. Комментировать или делать выводы не будем, пусть каждый решает сам: то ли в руководящие органы «Союза борьбы за освобождение рабочего класса», а потом и в ЦК РСДРП не принимали без диплома инженера, то ли диплом без такого членства не давали.

Будущий лидер партии меньшевиков Юлий Осипович Мартов (Цедербаум) тоже далеко не ушел, он был выпускником физико-математического факультета питерского университета. Таковы удивительные факты: если российский энергетик всерьез задумывался о развитии энергетики в нашей стране, он становился сторонником общегосударственной собственности как единственного способа реализации этого развития.

http://geoenergetics.ru/wp-content/uploads/2017/04/1024px-Union-de-Lucha.jpg

Члены петербургского «Союза борьбы за освобождение рабочего класса» (1897), Глеб Кржижановский сидит второй слева (слева от Ленина), Рис.: wikimedia.org

Еще одна деталь, касающаяся судеб российских энергетиков после 1917-го года – среди них не было ни одного эмигранта, они все остались и работали в Советской России.

Еще в 1912 году, в одной из своих первых научных работ Глеб Кржижановский обосновал необходимость опережающего развития энергетики на основе всестороннего учета взаимосвязей между отдельными звеньями энергетического хозяйства, структуры энергетического баланса, природно-географических условий, особенностей развития и обеспеченности энергоресурсами различных районов страны.

После того, как Глеб Максимилианович с 1912 по 1915 участвовал в проектировании и строительстве первой в России районной электроцентрали – электростанции на торфе «Электросила», в своей новой научной работе он обосновал и необходимость электрообеспечения промышленных районов от крупных районных электростанций, работающих на дешевых местных топливах и связанных между собой высоковольтными линиями электропередачи.

Вот эти идеи и остались реализовывать наши российские, ставшие советскими инженеры-энергетики. Принципы взаимосвязанности всех звеньев энергетического хозяйства, оптимизации баланса производства и потребления различных видов энергии в сочетании с возможностями добычи энергетических ресурсов были блестяще воплощены в плане ГОЭЛРО.

То, о чем при частной собственности на землю инженеры-энергетики могли только мечтать, новая власть позволила воплотить в реальность. Исчезли проблемы с землеотводами под электростанции, ЛЭП, дороги, исчезла необходимость уговаривать частных владельцев предприятий располагать новые цеха в местах, «комфортных» для энергетиков, пропала проблема подготовки квалифицированных кадров, не стало необходимости уговаривать частников производить необходимое оборудование – все это, включая градостроительство, теперь планировалось и реализовывалось централизованно.

И наши ведущие инженеры-энергетики просто не могли пройти мимо таких уникальных возможностей, мимо шансов воплотить в жизнь свои самые смелые мечтания.

http://geoenergetics.ru/wp-content/uploads/2017/04/39f22a57b98f202c57ecde28b5fc9078.jpg

Строительство ЛЭП в СССР, Рис.: fsk-ees.ru

На этих принципах в будущем, которое теперь уже стало для нас прошлым, состоялась энергетическая система СССР. В 1930 Кржижановский основал Энергетический институт (ЭНИН) АН СССР, где под его руководством и были детально разработаны три главных научных направления, перечислить которые стоит уже для того, чтобы было, с чем сравнивать состоявшуюся в Российской Федерации под руководством Анатолия Чубайса в начале 2000-х реформу всего нашего энергетического хозяйства.

• Первое – развитие, исходя из идеи электрификации, комплексной научной теории, призванной обосновать создание единой энергосистемы как “станового хребта электрификации”, что потребовало решения сложных задач оптимизации структуры, обеспечения устойчивости, эффективности и надежности функционирования энергосистемы; к этому же направлению относятся исследования по передаче электроэнергии постоянным током;




• Второе – развитие идей единства и целостности энергетического хозяйства страны на базе единого топливно-энергетического баланса; прогнозы баланса выполнялись в ЭНИНе на перспективу в 20–30 лет;




• Третье – постановка и развитие исследований по фундаментальным электротехническим и теплотехническим проблемам, в том числе в областях: теории теплообмена и горения; комплексного энерготехнологического использования твердого топлива; теории высоких напряжений и грозозащиты; теории электрического поля, преобразовательной техники и ряда других важных проблем электрофизики и электротехники.

Большая заслуга Г.М.Кржижановского и его научной школы состоит в том, что еще в 30-е годы, когда в стране производилось менее 40 млрд кВт*ч электроэнергии в год, задача создания ЕЭС была поставлена как задача государственной важности, от решения которой зависит дальнейшее развитие отечественной энергетики по наиболее прогрессивному пути.

ЭНИН продолжал свою деятельность и после Великой Отечественной войны, когда в нашей стране появилась совершенно новая отрасль энергетики – атомная. Несмотря на возраст, Глеб Максимилианович отлично понимал новые перспективы, в 1957 году под его руководством ЭНИНом был разработан перспективный план научных исследований по проблеме создания ЕЭС СССР, включенный в число важнейших комплексных научных проблем АН СССР.

В соответствии с этим планом, создание и развитие ЕЭС должно было осуществляться на базе качественно новой энергетической техники, включая:

• атомные электростанции различных типов и параметров;




• сверхмощные конденсационные электростанции с агрегатами до 1 млн кВт со сверхвысокими параметрами пара, мощные теплоэлектроцентрали с агрегатами 100200 тыс. кВт, газотурбинные электростанции, в том числе работающие в комплексе со станциями подземной газификации углей, электростанции с комплексным использованием топлива на энерготехнологической основе;




• сверхмощные гидростанции на сибирских реках с новыми типами гидротехнических сооружений, гидромеханического и электрического оборудования;




• дальние электропередачи сверхвысоких напряжений на постоянном и переменном токе с пропускной способностью в 2-3 млн кВт на одну цепь, протяженностью 2-2,5 тыс. км;




• комплексную автоматизацию электростанций различных типов, автоматическое управление энергосистемами и ЕЭС.

Как видим, многое из того, что происходило в нашей энергетике в не такое уж далекое время, когда если не мы, то уж многие из наших родителей успели поучаствовать в перекрытии Енисея и Ангары, свои истоки имеет в мечтаниях и грезах юных марксистов-энергетиков конца позапрошлого века.

Конечно, сделать удалось далеко не все, в Якутии, на Сахалине, на Чукотке хватает энергетически изолированных районов, не удалось организовать перетоки из Сибири на Дальний Восток, но ведь и объемы работ были огромными, и сделано было очень многое. Давайте перейдем от общих рассуждений к оценке того, что именно было сделано именно с технической точки зрения.

Начать стоит с того, чтобы еще раз напомнить физические особенности электроэнергии. Электроэнергия – это товар, но товар виртуальный, который:

• нельзя складировать;




• передается от производителя к потребителю со скоростью света – именно с ней ток идет по проводам ЛЭП.

Это – физика процесса, которая не зависит от капитализма, социализма, феодализма и прочих -измов политического и общественного мироустройства. Изощряйтесь как угодно, устраивайте революции и контрреволюции, выбирайте-свергайте правителей сколько вздумается, физическая суть не изменится.

Электричество не складируется. Электричество передается от производителя потребителям с предельной для природы скоростью.

http://geoenergetics.ru/wp-content/uploads/2017/04/lep.jpg

Линия электропередачи, Рис.: электричество-чехов.рф

Что из этого следует, нам подскажет простая житейская логика. Производство, передача, распределение и потребление – процесс физически единый, неделимый и быстротечный. Он требует технологического и организационного единства в рамках целостной, единой и неделимой энергосистемы.

Закономерности, выявленные еще в самом начале прошлого века Глебом Кржижановским и многократно подтвержденные опытом функционирования Единой Энергетической Системы СССР, основаны на физических законах, отменить их на законодательном уровне не получится ни при каких обстоятельствах.

Давайте попробуем вспомнить, как работала ЕЭС СССР на простом примере, который старшее поколение прекрасно помнит. По ночам на улицах советских городов было … темно! Работало только уличное освещение да линии трамваев и троллейбусов, не так ли? Никаких огромных рекламных стендов и плакатов, никакой иллюминации отдельных зданий – только лампочки у подъездов да фонари по обочинам. То ли дело сейчас, когда ночные улицы и на ночные-то не очень похожи!

http://geoenergetics.ru/wp-content/uploads/2017/04/energia_russia.jpg

Ночное освещение, вид из космоса, Рис.: http://tesiaes.ru

Раньше было плохо, темно и грустно, сейчас радостно и светло, как в Европе и в тех же Штатах? Вовсе нет. Раньше было рационально с точки зрения физики и экономики, сейчас мы пожинаем весьма дорогостоящие плоды чубайсиады, наращивая себестоимость любой выпускаемой продукции и увеличивая износ энергетического оборудования. Как так? Да вот так – законы физики от наших политэкономических фантазий не зависят, в который раз уже повторяем. Повторяем, потому что очень хочется, чтобы эта истина стала действительно прописной.

Каким образом Россия получает свое электричество?

Грубо, не вдаваясь в доли процентов, по установленной мощности генерирующего оборудования, картина получается следующая. 11% — мощности АЭС, 20% — мощности ГЭС, 68% — теплоэлектростанции всех типов (угольные, газовые, мазутные, дизельные), оставшееся – так любимая многими поклонниками фантасмагорий энергетика ВИЭ, то есть солнце, воздух и приливная вода.

Днем потребляем много, ночью мало – такова жизнь. Но электричество вырабатывает, в конечном счете, вращающийся ротор турбины, а это такая штука, которая имеет собственную инерцию. Ну, вот не трогается с места на пятой скорости «холодный» автомобиль – и с этими роторами точно такая же картина.

Потому вырубить на ночь все электростанции, чтобы с семи утра местного времени врубить на 100% мощности не получается, роторы обязаны вращаться, пусть и с пониженной скоростью. Время «разгона» роторов АЭС – почти сутки, у топливных электростанций – 6-8 часов, и только ГЭС способны менять мощность в считанные минуты, поскольку регулирование потока падающей на лопасти гидроагрегатов воды процесс простой и незатейливый.

Но даже небыстрое вращение роторов дает излишки электроэнергии, которое и выплескивается на улицы городов Европы, а теперь и России огнями ночной иллюминации.

http://geoenergetics.ru/wp-content/uploads/2017/04/0_fb494_94de5a9e_orig.jpg

Ночная Москва, Фото: salikhov.me

А почему в СССР по ночам было темно, спросите вы? Да потому, что создатели ЕЭС СССР законы физики знали и относились к ним с должным почтением. Вся территория Европы – это, простите, полтора часовых пояса, да и половинка-то появилась только с учетом Европы Восточной, которая была не только частью социалистической системы (-изм на электричество не влияет!), но и частью энергетической системы «Мир».

Европе реально по ночам девать электричество некуда – вот вам и ночная жизнь ее городов, а теперь еще и «Москва никогда не спит!». А сколько часовых поясов было в СССР, а теперь и в России? Правильно – восемь.

Да, Дальний Восток к ЕЭС присоединить не удалось, в ЕЭС было шесть часовых поясов. Шесть, Карл! В Калининграде еще темно, а на Урале люди уже у станков. Шесть часовых поясов для энергетиков были шестью соединенными «бассейнами», электричество по которым плавно перемешалось слева направо и справа налево в соответствии с уровнем потребления в них.

Атомные и тепловые электростанции работали в штатных режимах, при которых коэффициенты использования установленных мощностей были оптимальными, ГЭС спокойно брали на себя пики потребления.

Ночь приходит с запада, потому первым наполнялся до краев энергией самый западный энергетический «бассейн», излишки которой он «сливал» восточному соседу – и так от Балтики до Забайкалья. Каждый такой «бассейн» территориально более-менее совпадал с границами федеральных округов, главным «фонтанами» служили крупные электростанции, работавшие параллельно, то есть как единый генератор.

При этом каждый такой «бассейн» занимался не только ночными переливами электроэнергии ближайшим соседям, но и подпитывал «бассейны» второго уровня, более мелкие. Большие «бассейны» именовались «объединенные энергосистемы», малые – «региональными энергосистемами». В большинстве региональных энергосистем также имелись свои электростанции, работавшие в параллельном режиме, в режиме единого генератора.

Но мощность у таких электростанций как генераторов электроэнергии была поменьше, чем у электростанций объединенных энергосистем, чаще всего на региональных уровнях использовались ТЭЦ, вырабатывавшие еще и тепло. При этом было всего лишь несколько региональных энергосистем, способных на все 100% обеспечить своих потребителей электроэнергией, а подавляющее большинство подпитывалось из соответствующих объединенных энергосистем.

В основу создания ЕЭС СССР были положены два главных принципа – надежность энергоснабжения и максимальное снижение общесистемной себестоимости электроэнергии. Принципы совершенно нерыночные, ЕЭС никогда не была нацелена на извлечение максимальной прибыли – ее придумывали люди калибра Кржижановского, убежденные марксисты.

Как добивались надежности, очевидно – бассейновый метод и параллельная работа всех генерирующих мощностей. Благодаря перетокам энергии между объединенными энергосистемами и внутри энергосистем региональных создавался еще и основательный резерв мощностей, потому были не так страшны природные катаклизмы и аварии на отдельных электростанциях. Да, чтобы не возвращаться к одному нюансу специально, упомянем и ответ на «простой» вопрос.

Зачем России, при ее колоссальных запасах природного газа, такое количество угольных электростанций?

Надо ведь неустанно бороться за экологию, бороться с пресловутым парниковым эффектом, а мы все норовим уголь в топку пихать – странные мы какие-то. Нет, не странные – ровно наоборот. Газ приходит на электростанции по трубам, имеющим конечный диаметр, возле каждой электростанции построить газовое хранилище было бы чересчур накладно.

В случае внезапного похолодания диаметр трубы больше не становится, газа больше, чем рассчитано на некие средние величины, не получишь.

http://geoenergetics.ru/wp-content/uploads/2017/04/dyvys.in_.12052-e1493398100137.jpg

Добыча угля, Фото: gordonua.com

А вот запасы угля и пиковые водогрейные котлы ситуацию страхуют уверенно: вот тут сарай с углем, вот тут котел «про запас». Так что истина проста: никуда России от угольных электростанций не деться, они у нас были, есть и будут.

Это электричество можно в случае ЧП перекинуть на пару-другую сотен километров, а с горячей водой такой фокус не удастся, она попросту остынет. Так что борьба за экологию и сохранность чистоты воздуха не должна переходить в безумие, результатом которого может стать вымерзание наших городов и поселков вместе с жителями.

За счет чего снижалась общая себестоимость электроэнергии?

Для перетоков электроэнергии подбирался такой режим работы генерирующих мощностей, при котором коэффициент использования установленной мощности был оптимальным, при котором необходимость маневрирования мощностями АЭС и тепловых электростанций была минимальна.

Если не переключать скорости, постоянно дергая «костыль» – расход топлива в автомобиле минимален, в случае с тепловыми электростанциями принцип ровно тот же. Днем, во время пиковой нагрузки станция работает на – условно говоря – 80% мощности, поскольку местные потребители ее потребляют, радостно ухмыляясь. Ночь, местные потребители, плотно покушав, завалились спать – зато проснулись потребители у соседей, и станция, продолжая работать тех же 80% мощности, кормит уже новых «едоков».

Общий «бассейн» позволял снижать и пиковые нагрузки – они ведь в разных часовых поясах не совпадали по времени, потому и переходы с условных 80% на 99,99% не требовались, пики потребления усреднялись, сглаживались. Только на этом выигрыш составлял до 20 млн кВт*часов по стране.

http://geoenergetics.ru/wp-content/uploads/2017/04/ges.jpeg

ГЭС и ЛЭП, Фото: novostienergetiki.ru

Второй момент: перетоки были организованы в основном между соседними бассейнами, не требовались ЛЭП огромной длины, они просто не были востребованы. Экономили не только на прокладке ЛЭП, но и на снижении потерь в проводах: чем они короче, тем потери меньше. Обратная сторона медали – то, что в ЕЭС на расстояния свыше 800-1000 км можно было передать не более 3-4% всей мощности. Во времена функционирования ЕЭС этого было вполне достаточно, теперь все несколько иначе, но о «теперь» мы еще успеем поразмышлять.

Третий фактор, за счет которого снижалась цена электроэнергии – тоже из «коллекции Кржижановскго. В первую очередь использовались станции с наиболее дешевой электроэнергией (АЭС и ГЭС), а усредненный, средневзвешенный тариф рассчитывали при смешивании электроэнергий разной себестоимости. И тарифы для потребителей получались едиными для всей ЕЭС и практически неизменными все время бесперебойного функционирования ЕЭС. Кто забыл, тем напомним, кто не знал, тому расскажем:

1 кВт*час в советские времена для промышленных предприятий стоил 0,02 рубля, для населения – 0,04 рубля.

Две копейки и четыре копейки – прописью, чтобы не искали подвоха. Тариф был именно средневзвешенным – чтобы потребители, расположенные «впритык» к электростанциям, не получали преференций, ими никоим образом незаслуженные. Повезло, что завод рядом с ГЭС? Сейчас, возможно, что таки да, а 30-40 лет назад – ни в одном глазу, вынь да положь 2 копейки за киловатт-час! Поднимите руки те, кому не нравится такая «жестокая уравниловка», переключите Интернет и не читайте больше про этот кошмар.

Управление всей ЕЭС осуществляла диспетчерская служба – опять же единая для всей системы. Во главе стояло и трудилось круглосуточно и без выходных Центральное диспетчерское управление.

Это ЦДУ регулировало перетоки между большими бассейнами и режимы работы «главных» электростанций. Внутри больших бассейнов те же функции выполняли региональные диспетчерские службы, именовавшиеся «объединенные диспетчерские управления», а внутри региональных систем работали еще более «мелкие» соответствующие диспетчеры. И вся эта конструкция, повторим, обеспечивала выполнение двух главных задач: обеспечение надежности и снижение себестоимости электро- и теплоэнергии.

«Дешево и сердито» — это про них, про советских энергетиков и сотрудников диспетчерских управлений. При этом новые крупные потребители энергии – предприятия и населенные пункты – строились-создавались планово, уровень потребления рассчитывался заранее, потому и генерирующие мощности планировались без суеты.

Появление новых электростанций рассчитывалось так, чтобы застой средневзвешенного тарифа не нарушался ни при каких обстоятельствах. Тяжелое было время – скучное и стабильное.

Грустно было энергетикам, которым приходилось всего-навсего заниматься своим делом, без авралов, без борьбы с неплатежами, без схваток за прибыли. Население, видя счета с 4 копейками за киловатт, лучилось ехидными улыбками и упорно мучило энергетиков тем, что платило эти 4 копейки, приумножая тем самым рутину страшного застоя.

Да, если кто-то скажет, что веселуха для энергетиков наступила только с приходом в кресло главного энергетика Анатолия Чубайса – ошибется. Мы постарались показать функционирование ЕЭС довольно подробно, чтобы вы самостоятельно могли прикинуть, что происходило с системой, когда из нее, к примеру, банкротировав, выбывал как потребитель крупный завод. А ведь ЕЭС СССР был не вершиной иерархии, в годы исторического материализма функционировала еще и энергосистема «Мир».

Конспективно, крупными мазками. 1960 – объединение энергосистем ГДР, Польши, Чехословакии и Венгрии. 1962 – объединение энергосистем СССР, Венгрии и Польши. 1963 – к объединению присоединилась Румыния, 1965 – туда же пришла Болгария.

С 1963 ЦДУ энергосистемы «Мир» работало в Праге, погружая в пучину кошмарного энергетического застоя перечисленные страны Совета Экономической Взаимопомощи (СЭВ). Как пример можно использовать 1972 год: обмен электроэнергией внутри «Мира» составил 16 млрд кВт*часов, эффект от усреднения пиков потребления позволил не вводить в эксплуатацию 1 ГВт генерирующих мощностей.

http://geoenergetics.ru/wp-content/uploads/2017/04/32ffa4fded80385a11d8047d6bcfc041-e1493398404984.jpg

Штаб-квартира Совета Экономической Взаимопомощи (Москва), Фото: pastvu.com

Цифры приведены не для хвастовства, а для того, чтобы нагляднее представить, что означало для ЕЭС СССР ликвидация энергосистемы «Мир» при одновременном распаде самой ЕЭС на 15 независимых кусков.

Так что вовсе не Чубайс был самым страшным кошмаром энергетики, его реформы, скорее, стали эдакой вишенкой на торте. Но об этом – в предстоящих продолжениях темы, которая нам показалась достаточно занимательной.

Б. Марцинкевич

***

Источник.