CC BY
70П.М. БОБЫЛЕВ, М.М. ДЫГАН
P.M. B0BYLEV, М.М. DYGAN
АДАПТАЦИЯ К ИЗМЕНЕНИЯМ
КЛИМАТА:
новый вызов
РАЗВИТИЮ
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ РОССИИ
Пётр Михайлович БОБЫЛЕВ
Заместитель директора департамента развития электроэнергетики Министерства энергетики Российской Федерации e-mail: [email protected]
Petr BOBYLEV
Deputy Director of the Department of Electric Power Development e-mail: [email protected]
Аннотация. В статье рассматриваются вопросы, связанные с адаптацией к изменениям климата электроэнергетического комплекса России. Особое внимание уделяется систематизации вызовов и возможностей при устойчивом развитии энергосистемы России.
Ключевые слова: изменения климата, адаптация, Парижское соглашение, низкоуглеродное развитие, государственная энергетическая политика.
Подъем глобальной температуры тропосферы Земли большинство ученых связывают с трансформацией состава атмосферного воздуха, обусловленного деятельностью человека. Теория парникового эффекта основана на поглощении теплового излучения в тропосфере такими газами, как диоксид углерода, метан, закись азота, озон и хлорфторуглероды. Увеличение концентрации основных парниковых газов многие ученые обусловливают интенсивным ростом выбросов в атмосферу в результате сжигания органического и углеводородного топлива. Сущность парникового эффекта заключается в поглощении этими газами длинноволнового (инфракрасного) излучения, исходящего от Земли, и повышении за счет этого температуры
в тропосфере с одновременным охлаждением стратосферы.
Существуют и другие точки зрения на причины потепления климата. Немало ученых, которые ставят под сомнение существование связи глобального повышения температуры с антропогенными выбросами [1-4]. Отдельные исследователи склоняются к тому, что приоритетная роль в климатических изменениях на Земле принадлежит глубинным движениям водных масс в океане, в частности, развитию мощного природного течения, получившего название «Эль-Ниньо» [5]. ^^^^^^^^^^^^^
Ряд ученых считает, что рост температуры воздуха обусловлен изменением солнечной активности^], из-за чего и наблюдается повышенное поступление углекислого газа в атмосферу из биоты.
При такой трактовке процесса роста поступлений углекислого газа в атмосферуЗемли учение о техногенном влиянии на климат через парниковый эффект становится
неочевидным. Эта позиция во многом подтверждается сравнением количества углекислого газа, по-
Рост углекислого газа в атмосфере из-за техногенного влияния неочевиден. Техногенные поступления С02 по массе уступают естественным
УДК 551.583:621.31
Михаил Михайлович ДЫГАН
Директор проекта Отдела администрирования проектов Департамента управления проектами ФГБУ «РЭА» Минэнерго России, к.т.н. e-mail: [email protected]
Michail DYGAN
project leader, Rosenergo e-mail: [email protected]
ADAPTATION TO THE CLIMATE CHANGE:
THE NEW CHALLENGE FOR RUSSIAN ELECTRICITY
ступающего в атмосферу: техногенные поступления по массе значительно уступают естественным. С учетом вышесказанного становится понятно, почему Международная конференция по проблеме климата, состоявшаяся в Копенгагене (Дания) в декабре 2009 г., не пришла к согласованному мнению по вопросу влияния на климат парникового эффекта техногенного происхождения.
Несмотря на существование различных точек зрения, по всеобщему признанию, необходимо четко представлять причины, характер и последствия этого явления, и если не предотвратить, то по крайней мере адаптироваться к последствиям таких изменений климата.
Для постановки задачи адаптации к изменениям климата необходимо установить качественные и количественные характеристики присутствия объектов электроэнергетики на территории России, а также определить географические и природно-климатические характеристики их размещения.
Генерация энергии и тепла производится на всей территории нашей страны, но приурочено к густонаселенным и промышленным районам (тепловые электрические станции - ТЭЦ, ГРЭС) либо к крупным водным объектам (гидроэлектростанции - ГЭС).
На конец 2019 года в составе Единой энергетической системы (ЕЭС) России работали семь Объединенных энергетических систем (ОЭС). В электроэнергетический комплекс ЕЭС России входит
Abstract. The article discusses issues related to adaptation of Russian energy sector to the climate changes. Particular attention is paid to the systematization of challenges and opportunities in the sustainable development of the Russian energy system.
Keywords: climate change, adaptation, Paris Agreement, low-carbon development, state energy policy.
около 700 электростанций мощностью свыше 5 МВт. Совокупная установленная мощность российских электростанций с учетом технологически изолированных энергосистем по состоянию на конец 2019 г. составляет 246 342,45 МВт [6].
К изолированным относятся энергорайоны, расположенные в энергосистемах Чукотского автономного округа, Камчатской, Сахалинской и Магаданской областей, Норильско-Таймырского и Николаевского энергорайонов, энергосистемы центральной и северной частей Якутии. Сетевое хозяйство ЕЭС России насчитывает более 10 700 линий электропередачи класса напряжения 110-1150 кВ [7].
Линии электропередачи напряжением 0,4-1150 кВ имеют общую протяженность порядка 3 млн км, в том числе электрические сети класса напряжения 220-1150 кВ - 158,14 тысяч км. Потери электрической
энергии в российских электросетях при ее передаче и распределении достигают, в зависимости от региона, от 11 % до 40 % полезного отпуска [8].
Объекты получения тепла и энергии, а также, особенно, системы передачи электроэнергии везде уязвимы, и их надо рассматривать в целом, без выделения отдельных физико-географических и природно-климатических особенностей. Они преимущественно расположены в густонаселенных районах, где любая техногенная авария затронет значительное количество людей.
Скорость потепления Земли составляет 0,166 °С/10 лет за 1976-2012 гг. и 0,075 °С/10 лет за 1901-2012 гг. Для России скорость потепления достигает +0,43 °С/10 лет, но есть существенные межсезонные различия
На единичных объектах, расположенных в труднодоступных районах, техногенные аварии затронут меньшее количество людей. В то же время, в изолированных энергорайонах последствия аварий для населения будут тяжелее. И как раз в изолированных энергорайонах ожидается повышенная (по сравнению с густонаселенной частью России) повторяемость опасных явлений и большее изменение климатических характеристик и гидрологического режима рек, потенциально пригодных для размещения малых ГЭС.
Очевидно, что будет необходимо уточнить и актуализировать карты климатического районирования и метеорологические параметры, принимаемые в расчет для обеспечения безопасности сооружений топливно-энергетического комплекса, как про-
ектируемых, так и эксплуатируемых. Например, для линий электропередач в правилах устройства электроустановок [9] указано, что «определение расчетных климатических условий, интенсивности грозовой деятельности и пляски проводов для расчета и выбора конструкций воздушных линий электропередачи (ВЛ) должно производиться на основании карт климатического районирования с уточнением по региональным картам и материалам многих наблюдений гидрометеорологических станций и метеопостов управлений гидрометеослужбы ^^^^^^^^ и энергосистем за скоростью ветра, интенсивностью и плотностью гололедно-изморозевых отложений и температурой воздуха, грозовой деятельностью и пляской проводов в зоне трассы сооружаемой высоковольтной линии. При обработке данных наблюдений должно быть учтено влияние микроклиматических особенностей на интенсивность гололедообразования и на скорость ветра в результате действия как природных условий (пересеченный рельеф местности, высота над уровнем моря, наличие больших озер и водохранилищ, степень залесенности и т. д.), так и существующих или проектируемых инженерных сооружений (плотины и водосбросы, пруды-охладители, полосы сплошной застройки и т. п.)».
Глобальное потепление конца ХХ - начала XXI веков является основной особенностью современного климата. Индикатором современных изменений выступает глобальная осредненная по всему земному шару температура приземного воздуха. По данным наблюдений, средняя скорость потепления для земного шара составляет 0,166 °С/10 лет за 1976-2012 гг.
Билибинская АЭС
Источник: РОСЭНЕРГОАТОМ
ч-.п V I
Рис. 1. Средние годовые температуры приземного воздуха (оС), осредненные по территории России, 1936-2018 гг. [22]
Примечание: Аномалии рассчитаны как отклонения от среднего за 1961-1990 гг. Показаны также 11-летнее скользящее среднее, линейный тренд за 1976-2018 гг. с 95 %-й доверительной полосой [22]
и 0,075 °C/io лет за 1901-2012 гг. В целом для России, среднегодовая скорость потепления составляет +0,43 °C/10 лет, но есть существенные межсезонные различия трендов [10].
На рисунке 1 показан временной ряд среднегодовых аномалий температуры приземного воздуха, осредненных по территории России. Из рисунка видно, что наиболее интенсивный период потепления приходится на временной промежуток 1976-2012 гг.
Россия по сравнению с другими странами, в том числе странами арктического региона, обладает более развитой инфраструктурой в районах распространения многолетних мерзлых пород (ММП). Помимо нескольких городов с численностью населения более 100 тыс. человек, здесь имеются автомобильные и железные дороги, аэропорты, способные принимать крупные авиалайнеры, речные и морские порты на крупных реках и на Арктическом побережье, протяженные линии электропередач, единственная в мире Билибинская атомная электростанция, построенная на многолетнемёрзлых грунтах, и разветвленная сеть трубопроводов, общая протяженность которых только лишь в Сибири превышает 350 тысяч километров [11].
Режимы эксплуатации объектов инфраструктуры, в том числе объектов электроэнергетики, в зоне распространения вечной мерзлоты и за ее пределами различны. Обычно, инфраструктура в районах вечной мерзлоты имеет меньший расчетный срок эксплуатации в силу того, что она подвержена более
интенсивному износу. Большую роль здесь играет увеличение температуры мерзлых пород [12].
Индекс геокрилогического риска (1г) имеет сложное пространственное распределение. В области наибольших значений 1г попадают Чукотка, бассейны верхнего течения Индигирки и Колымы, юго-восточная часть Якутии, значительная часть Западно-Сибирской равнины, побережье Карского моря, Новая Земля, а также часть криолитозоны с островным распространением вечной мерзлоты на севере Европейской территории России (ЕТР) [21]. В этих районах имеется развитая инфраструктура, в частности газо-и нефтедобывающие комплексы, система трубопроводов «Надым -Пур - Таз» на северо-западе Сибири, Билибинская атомная станция и связанные с ней линии электропередач от поселка городского типа Черского на Колыме до города Певека на побережье Восточно-Сибирского моря [21]. Деградация мерзлоты на побережье Карского моря может привести к значительному усилению береговой эрозии,за счет которой в настоящее время берег отступает ежегодно на 2-4 метра. Особую опасность представляет ослабление вечной мерзлоты на Новой Земле, в зонах расположения хранилищ радиоактивных отходов [21].
Увеличение числа суток с экстремально высокими значениями температуры воздуха в летний сезон негативно скажется на процессе передачи электроэнергии, приводя к уменьшению исходной передаваемой мощности. При превышении температуры +25 °С передаваемая мощность уменьшается
Деградация вечной мерзлоты на побережье Карского моря может привести
кусилению береговой эрозии, за счет которой берег ежегодно отступает ежегодно на 2-4 метра
Рис. 2.
Изменение выработки электроэнергии на ГЭС в серединеXXI века по сравнению с периодом 1981-2000 гг. [17]
на 2,25 % на 1 °С [13], потери на ЛЭП составляют 0,4 % на 1 °С. Кроме того, при превышении температуры до +35 °С возникает опасность перегрева линий электропередач (ЛЭП), что может привести к прекращению передачи электроэнергии [14].
Рост зимних экстремально сильных осадков, который наблюдается на большей части территории Российской Федерации, также оказывает отрицательное воздействие на машинное оборудование [13]. Увеличение повторяемости сильных дождей, которое наблюдается в последние годы, может привести к более частым замыканиям в цепи и увеличить повторяемость аварий на ЛЭП. ^^^^^^^ На протяжении XXI века ожидается усиление отмеченных тенденций.
Опасность для ЛЭП представляют также грозы,однако, в последние десятилетия ярко выраженного тренда грозовой активности не наблюдается.
Также угрозу для функционирования ЛЭП вызывают наводнения, лавины и оползни, которые могут привести к повреждениям кабеля, подстанций и другого оборудования ЛЭП [13]. Частота этих явлений в последние десятилетия увеличивается, тенденции сохранятся и в будущем [10].
Атомные электростанции (АЭС) менее подвержены воздействию высоких температур и росту интенсивности осадков, т. к. степень защиты на них довольно высока [13]. Обязательным при проектировании объектов атомной энергетики является учет экстремальных метеорологических переменных [15]. При проведении инженерных и гидрометеорологических изысканий опасные гидрометеорологические явления делятся на три
Сильные изменения в последние десятилетия произошли в бассейне Волги. Увеличение зимнего стока в 1978-2010 годах здесь составило 70-120% по сравнению с 1946-1977 гг.
опасные процессы) до III класса (не представляющий опасности процесс) [13]. Увеличение повторяемости опасных гидрометеорологических явлений при изменении климата может увеличить степень опасности для комплекса зданий и сооружений АЭС. Наиболее опасными для АЭС являются смерчи и ураганы.
Прогнозируемое увеличение притока воды к водохранилищам крупных ГЭС России в целом благоприятно скажется на выработке электроэнергии в стране. Однако, если объем воды окажется выше нормы, предусмотренной на водохранилище, мо-^^^^^^^ гут потребоваться дополнительные сбросы, которые могут быть опасны для населенных пунктов, расположенных ниже по течению. Так, вследствие увеличения стока в зимний период, может быть необходим пересмотр режима работы отдельных водохранилищ и каскадов для создания оптимальных условий регулирования стока с учетом запросов всех водопользователей и минимизации возможных неблагоприятных экологических и социальных последствий [10]. По оценкам [16], потенциал выработки гидроэнергии в Скандинавии и Северной России увеличится на 15-30 % по сравнению с концом XX века. Прогноз изменений выработки гидроэлектроэнергии на середину XXI века по ансамблю Модели общей циркуляции атмосферы и океана (МОЦАО) в условиях сценария А2, в соответствии с номенклатурой МГЭИК [20], представлен на рисунке 2. Как видно, на большей части страны изменения составляют от -2 до 8 %.
Значительное воздействие на гидроэнергети-
класса по степени опасности: от I класса (особо ку в последние десятилетия произошло в бассей-
ЛЭП во время
экстремальных
морозов
. g*
не Волги. Увеличение зимнего стока за период 1978-2010 гг. здесь составило 70-120 % по сравнению с 1946-1977 гг. Приток к водохранилищам Волжско-Камского каскада ГЭС (ВКК) увеличился на 8-26 % [18], практически для всех водохранилищ - за счет зимних месяцев. Суммарная среднемноголетняя выработка электроэнергии девяти ГЭС ВКК возросла на 13 %, суммарная среднезимняя мощность 90 %-ной обеспеченности - на 47 % [10]. Возросла также обеспеченность навигационных уровней воды в верхних бьефах гидроузлов Волжско-Камского каскада.
Для успешной работы АЭС требуется вода для охлаждения системы, поэтому их функционирование зависит от количества водных ресурсов. Так, дальнейшее уменьшение водных ресурсов на юге может привести к уменьшению доступности воды для охлаждения и понижению порогового уровня отключения, что может оказаться существенным для электростанций южного региона, например, для Ростовской АЭС.
Для оценки воздействий и будущих последствий изменения климата в Минэнерго России использован подход на основе относительных изменений по градациям степени воздействия. Оценка климатической уязвимости объектов ТЭК проводилась по методике, используемой в международном проекте CLICC (Country level impact of climate change [https://www.unenvironment. org/explore-topics/climate-change/what-we-do/ climate-adaptation/world-adaptation-science-programme-3]) в 2015-2016 гг., а также в рамках российско-британского двустороннего проекта, проводившегося в 2016-2017 гг. «Росгидрометом» при участии Государственного гидрологического института совместно с британской компанией Ricardo AEA.
Разработанная методология предлагает представлять произошедшие и прогнозируемые воздействия изменений климата в виде таблиц, приведенных ниже (таблица 1 - для уже произошедших воздействий и таблица 2 - для прогнозируемых воздействий). В таблицах представлены воздействия и последствия изменений климата для различных отраслей ТЭК и их технологических операций. В столбце 2 описаны кратко сами климатические воздействия и характерные для них изменения в ТЭК. Степень уязвимости, представленная в столбце з таблицы, оценивалась по трем градациям - «высокая», «средняя» и «низкая».
В исходной методике, предлагалось оценивать уязвимость в зависимости от трех типов воздействия - природное, социальное и экономическое. Влияние изменений климата на топливно-энергетический комплекс, в том числе электроэнергетику, в основном выражается в экономическом воздействии. Для данного типа воздействия ме-
/
i i
\
jb
Источник: 5011977 / Depositphotos.com
тодика предполагает оценку по стоимости затрат на восстановление систем от наблюдаемого/прогнозируемого климатического эффекта. Поскольку такой количественной информации о стоимости затрат, связанных с борьбой с климатическими эффектами (например, стоимость ремонта фундаментов, подверженных таянию вечной мерзлоты), недостаточно, степень уязвимости во многих случаях оценивалась по процентным соотношениям произошедших/прогнозируемых в отраслях ТЭК изменений следующим образом:
- низкая степень уязвимости - произошедшие и прогнозируемые изменения климата приводят к изменениям в элементах ТЭК менее чем на 10 %;
- средняя степень уязвимости - произошедшие и прогнозируемые изменения клима-
Технологическая Наблюдаемые воздействия изменения климата Степень Степень Временной операция и соответствующие им изменения в ТЭК воздействия уверенности период оценки
1
ЛЭП
Потребление
2
Увеличение повторяемости опасных гидрометеорологических явлений и сильных осадков- увеличение повторяемости аварий на ЛЭП
3 4 5
Средняя Низкая 1981-2000
Увеличение максимальных температур
воздуха - увеличение опасности перегрева ЛЭП, Низкая Низкая уменьшение генерируемой мощности
Потепление климата - сокращение
продолжительности отопительного периода - Низкая Высокая 2001-2015 уменьшение энергопотребления
Таблица 1. Уязвимость объектов
электроэнергетики к воздействию наблюдаемых изменений
та приводят к изменениям в элементах ТЭК на 10-30 %;
- высокая степень уязвимости - произошедшие и прогнозируемые изменения климата приводят к изменениям в элементах ТЭК более чем на 30 %.
Аналогичный подход был применен и в российско-британском проекте при оценке воздействий на инфраструктуру в районах вечной мерзлоты. Временной период, за который проводилась оценка в литературе, указан в последнем столбце таблиц 1 и 2.
В столбце 4 приведенных таблиц также представлена степень достоверности предложенной оценки. Она осуществлялась в соответствии со следующими принципами:
- низкая степень уверенности - в литературе представлена одна оценка соответствующего
*Примечание: Благоприятные климата воздействия изменений климата
климатического воздействия на электроэнергетику с оценкой достоверности или без оценки достоверности, для всей территории России или отдельного региона/города;
- средняя степень уверенности - в литературе представлено несколько оценок соответствующего климатического воздействия на электроэнергетику, основанных на достоверных данных, для всей территории России или отдельного региона/города;
- высокая степень уверенности - в литературе представлено множество оценок и примеров соответствующего климатического воздействия на электроэнергетику, основанных на достоверных данных, согласующихся друг с другом, для различных регионов России.
Таблица 2. Уязвимость объектов к прогнозируемым последствиям изменений климата
_ Техноло- ,, , , , « Степень Степень Временной
Отрасль Наблюдаемые воздействия изменения климата , „ ,
гическая воздей- уверенно- период ТЭК и соответствующие им изменения в ТЭК
операция ствия сти оценки
вЭ Н I— са од на
3
Увеличение осадков и снеготаяния - увеличение стока рек и водных ресурсов на большей части территории России*
4 5
Низкая Высокая
6
Середина XXI века
ор ре
с £
Увеличение производства энергии на ГЭС*; Оптимизация режима работы отдельных ГЭС
Низкая Средняя
Середина XXI века
ё г I *
ор ре Пн
Уменьшение осадков и водных ресурсов на юге ЕТР - уменьшение количества воды для охлаждения на АЭС
Увеличение повторяемости опасных гидрометеорологических явлений, особенно смерчей и ураганов - угроза аварий на комплексе АЭС
р
е н
э
о р
Снижение скоростей ветра на большей части
территории России до 5 % - небольшое снижение Низкая Средняя ветроэнергетического потенциала
Рост скоростей ветра в прибрежных районах ЕТР,
Сибири, Дальнего Востока до 10 % - небольшое Низкая Средняя увеличение ветроэнергетического потенциала
2021-2040 2041-2060
2021-2040 2041-2060
р
е н
Повсеместный рост температуры воздуха и увеличение суммарной солнечной радиации до 4 % на ЕТР, на Урале и в Западной Сибири -увеличение потенциала выработки тепловой энергии солнечными коллекторами на большей части территории России
Низкая
Средняя
2011-2030 2041-2060
о С
Уменьшение суммарной солнечной радиации до 6 % на Чукотке и побережье Охотского моря -снижение потенциала выработки тепловой энергии солнечными коллекторами
Низкая Средняя 2011-2030
01
5 (0
X
<и с
\о <и 1-
<и 5
а. I- о с 5 5 !_ .
5 <и
1- X
. (П
О С и X (0 . о . 1* <и (П
1-
П
Э Л
о П
Увеличение повторяемости опасных гидрометеорологических явлений и сильных осадков - увеличение повторяемости аварий на ЛЭП
Потепление климата - сокращение продолжительности отопительного периода -уменьшение энергопотребления
Увеличение температуры в летний период - увеличение энергопотребления на кондиционирование, особенно в Южном федеральном округе
Средняя Низкая 2046-2065
Низкая Средняя
Низкая
Средняя
2021-2040 2041-2060
2021-2040 2041-2060
*Примечание: Благоприятные воздействия изменений климата
Таблица 3. Основные климатические воздействия на отрасли ТЭК по федеральным округам России
Федеральные округа РФ
Центральный
Выработка электроэнергии и тепла
Увеличение стока рек - увеличение гидроэнергоресурсов -увеличение выработки энергии на ГЭС; Повышение максимальных температур - уменьшение генерируемой мощности на ТЭС
Энергопотребление
3
Уменьшение энергопотребления в холодный сезон за счет сокращения отопительного периода и увеличение энергопотребления на кондиционирование в теплый сезон
СевероЗападный
Увеличение осадков до 7 % - увеличение гидроэнергоресурсов; увеличение повторяемости наводнений на реках, зимних осадков - пересмотр режима работы ГЭС; Рост скоростей ветра к середине XXI в. в прибрежных районах до 10 % - увеличение ветроэнергетического потенциала
Уменьшение энергопотребления в холодный сезон за счет сокращения отопительного периода и увеличение энергопотребления на кондиционирование в теплый сезон
Уменьшение водных ресурсов и снижение притока (5-15 %) к Цимлянскому и Краснодарскому водохранилищам; Увеличение повторяемости ливневых осадков и наводнений - угроза для ГЭС, ТЭС;
Повышение максимальных температур - уменьшение ге- Увеличение энергопотребления Южный нерируемой мощности на ТЭС; на кондиционирование в летний
Усиление засушливости и увеличение повторяемости период смерчей - неблагоприятные условия для работы АЭС; Благоприятные условия для развития солнечной энергетики - рост температуры воздуха и увеличение суммарной солнечной радиации до 4%
СевероКавказский
Увеличение повторяемости ливневых осадков и наводнений - угроза для ГЭС, ТЭС;
Повышение максимальных температур - уменьшение ге- Увеличение энергопотребления нерируемой мощности на ТЭС; на кондиционирование в летний
Благоприятные условия для развития солнечной энерге- период; тики - рост температуры воздуха и увеличение суммарной солнечной радиации до 4 %
Повышение водных ресурсов и увеличение притока к основным ГЭС Волжско-Камского каскада;
с Сокращение отопительного
Приволжский Увеличение зимнего стока - пересмотр режима работы г
периода до 3 суток
ГЭС; Благоприятные условия для развития солнечной энергетики и ветроэнергетики
Увеличение максимальных температур в летний период -неблагоприятные условия для работы ТЭС и АЭС;
Уральский Увеличение пожароопасности в лесах, в южной части -
увеличение повторяемости наводнений - угроза для ТЭС, малых ГЭС
Сокращение отопительного периода до 5 дней - уменьшение энергозатрат
Увеличение количества осадков - увеличение выработки энергии на ГЭС;
Увеличение зимнего стока - пересмотр режима работы
ГЭС; Возрастание повторяемости наводнений в южной ча- Сокращение отопительного Сибирский сти округа, увеличение пожароопасности в лесах, особен- периода до 5 дней - уменьшение но в юго-восточной части региона - угроза для ГЭС, ТЭС; энергозатрат В середине XXI века прогнозируется рост скоростей ветра в прибрежных районах до 10 % - увеличение ветроэнергетического потенциала
Увеличение количества осадков - увеличение выработки энергии на ГЭС;
Возрастание повторяемости наводнений на реках Лена, Дальневосточ- Колыма, Яна - угроза для ГЭС, ТЭС;
ный В середине XXI века прогнозируется уменьшение суммар-
ной солнечной радиации до 6 % на Чукотке и побережье Охотского моря - снижение потенциала выработки тепловой энергии солнечными коллекторами
Сокращение отопительного периода до 5 дней - уменьшение энергозатрат
Таблицы оценки уязвимости различных объектов электроэнергетики к уже наблюдавшимся за последние 20-30 лет и прогнозируемым на середину XXI века изменениям климата представлены ниже. В таблице 3 представлены основные климатические воздействия и изменения соответствующих объ-
ектов электроэнергетики для различных отраслей в региональном разрезе (по федеральным округам).
В таблице 4 представлены основные прогнозируемые последствия изменений климата и экстремальных погодных явлений для энергоснабжения и соответствующие варианты адаптации.
Таблица 4. Основные прогнозируемые последствия изменений климата и экстремальных погодных явлений для энергоснабжения и соответствующие варианты адаптации (расширено и модифицировано из [20])
Отрасли Изменения климатических и других, связанных с климатом, характеристик
электро-энерге- Вероятное влияние Варианты адаптации
тики
ц
н
а
Повышение температуры воздуха
Увеличение повторяемости экстремально высоких температур
Размещение в местах с более прохладным местным климатом, где это возможно
Снижение отвода тепла на 0,1-0,2 % в США, на 0,1-0,5 % в Европе, где потери мощности оцениваются в диапазоне 1-2 % на т °С увеличения температуры, учитывающее снижение эффективности охлаждения и снижение уровня работы/выключения
Усиление воздействия более теплых условий: снижение тепловой и охлаждающей эффективности; Охлаждение зданий с помощью кондиционирования ограничение расходов воздуха; охлаждение запасов угля (распыление воды) воды на охлаждение; перегрев зданий; самовоспламенение запасов угля
Засуха: снижение водо-обеспеченности
Усиление воздействия более теплых условий, снижение сроков эксплуатации и выходных мощностей, отключение систем
То же, что и в случае снижения доступности воды при постепенном изменении климата
Изменение (преимущественно снижение) количества осадков и повышение температуры воздуха способствует увеличению температуры воды, что снижает ее пригодность/доступность для охлаждения
Меньшая выработка электроэнергии, среднегодовое снижение нагрузки на 0,1-5,6 % в зависимости от сценария климатических изменений
Использование нетрадиционных водных ресурсов (например, воды из нефтяных и газовых месторождений, угольных шахт, очищенных сточных вод). Повторное использование технологической воды из дымовых газов (может покрывать 25-37 % потребностей электростанции в охлаждении), сушки угля, конденсаторов (более сухой уголь имеет более высокую теплотворную способность, более холодная вода поступает в градирню), десульфуризации дымовых газов. Использование льда для охлаждения воздуха перед входом в газовую турбину повышает эффективность и производительность.
Установка конденсора на выходе из градирни для уменьшения потерь на испарение (до 20 %). Альтернативные технологии охлаждения: сухие градирни, регенеративное охлаждение, трубчатые теплообменники. Затраты на модификацию вариантов охлаждения зависят от особенностей существующих систем, расстояния до воды, необходимого дополнительного оборудования, оцениваемого в 250 000-500 000 долл. США на 1 МВт.
ЛЭП во время грозы
Отрасли электро-энергетики Изменения климатических и других, связанных с климатом, характеристик Вероятное влияние Варианты адаптации
Повышение/снижение средней доступности воды Повышение/снижение выходных мощностей Регулирование режима работы для оптимизации входного потока
я и рг е н э о р т к Изменения сезонных и межгодовых вариаций притоков (доступность воды) Смена сезонных и годовых выходных мощностей; наводнения и потери мощностей в случае более высоких пиковых потоков Мягкий вариант: регулирование управления водой Жесткий вариант: создание дополнительных мощностей, увеличение рабочих мощностей турбины
е л э о р д и Г Экстремальное количество осадков, вызывающее наводнения Прямые и косвенные (из-за мусора, переносимого из затопленных районов) повреждения плотин и турбин, потеря мощностей из-за выпуска воды через обводные каналы Мягкий вариант: регулирование управления водой Жесткий вариант: создание дополнительных мощностей, увеличение рабочих мощностей турбины
а к и т е рг е н э о Ветровые ресурсы:общий ресурс ветра (многолетняя годовая средняя плотность мощности ветра), вероятно, останется в пределах ± 50 % от текущих значений в Европе и Северной Америке Изменение потенциала ветровой энергии Выбор другого местоположения станции
р т е В Экстремальные характеристики ветра: скорость, порыв, направление, изменение, сдвиг Структурная целостность от высоких структурных нагрузок; усталость/износ, повреждение компонентов турбины;снижение производства Изменение конструкции турбин, использование лидаров для предупреждений об экстремальных характеристиках ветра
Отрасли Изменения климатических и других, связанных с климатом,
электро-энергетики Вероятное влияние Варианты адаптации
характеристик
Изменение облачности
л о С
Жаркие периоды
Град
Применение шероховатых поверхностей для ФГ-па-нелей, которые лучше улавливают рассеянный свет. Оптимизация фиксированного угла установки для использования рассеянного света, применение системы слежения для регулирования наклона панелей в условиях рассеянного света; установить/увеличить емкость аккумуляторов
Охлаждение ФГ панелей пассивно с помощью естественных воздушных потоков или активно с помощью усиленных потоков воздуха или жидких хладагентов
Повышение средней температуры
Увеличение облачности неблагоприятно, поскольку происходит снижение выходных мощностей, уменьшение - выгодно (увеличение мощностей) для всех типов, но опорожненные трубчатые коллекторы для теплового отопления могут использовать диффузную инсоляцию. ГК более уязвимы, поскольку не могут использовать рассеянный свет
Материальный ущерб для ФГ, снижение выходных мощностей для ФГ и ГК; энергоэффективность ГК уменьшается на 3-9 % по мере увеличения температуры окружающей среды от 30 до 50 °С и падает на 6-18 % в течение наиболее жаркого 1 % времени
Материальный ущерб для тепловой энергии: опорожненные трубчатые
коллекторы более уязви- Плоские пластинчатые коллекторы: использование мы, чем плоские пластин- армированного стекла для выдерживания градин чатые коллекторы. от 35 до 45 мм.
Разрушение крышки сте- Повысить защиту существующих образцов клянной пластины, повреждение фотоактивного материала
Повышение производства тепловой энергии (особенно в более холодных регионах), снижение эффективности фотогальванических элементов (ФГ) концентраторов солнечной энергии - гелиокон-центраторов (ГК) с водяным охлаждением, эффективность ФГ снижается на -0.5 % при повышении температуры на 1 °С для кристаллического кремния и тонкопленочных модулей, но производительность варьируется в зависимости от типа модулей, причем тонкопленочные модули работают лучше. Длительное воздействие тепла вызывает более быстрый выход из строя
Изменения климатических и других, связанных с климатом, характеристик
Вероятное влияние
Варианты адаптации
с
т
Увеличение ветровых нагрузок и повторяемости опасных явлений (скорость, порыв, шквалы, смерчи и т. п.) Увеличение повторяемости и интенсивности гроз
Аварии на ЛЭП, связанные с вибрацией, пляской, субколебаниями, перехлестом и обрывом проводов, а также повреждения опор и металлоконструкций Сокращение сроков службы устройств молниеза-щиты
Применение более прочных элементов для сооружения ЛЭП, а также установка опор в дополнение к уже существующим, использование современных высокоэффективных конструкций для защиты проводов ВЛ от ветровых воздействий
Увеличение повторяемости сильных гололедно-изморозевых отложений, налипания мокрого снега
Аварии на ЛЭП, связанные с провисанием, перехлестом и обрывом проводов, а также повреждения опор и металлоконструкций
ын
ме
еж лу
ю ¡£ оо ро п с е и
и щ
ю О
Изменение температурного и ветрового режимов, количества осадков, высоты снежного покрова, повторяемости ОЯ
Нагрузки на здания и сооружения могут оказаться выше рассчитанных, что приведет к повышению аварийности и уменьшению сроков службы. Удорожание и увеличение сроков строительства. Увеличение расходов на мониторинг состояния объектов ТЭК, переработку нормативной документации, конструкторские работы
Профилактический обогрев, плавка снега, применение более прочных элементов для сооружения ЛЭП, а также установка опор в дополнение к уже существующим, системы раннего обнаружения гололеда, снегоотталкивающие провода, использование грузов-ограничителей и снегоотталкивающих колец, а также инновационных методов борьбы с обледенением проводов
Адаптация нормативной документации, перерасчет нагрузок на существующие здания и сооружения, изменение норм проектирования, строительства и эксплуатации. Страхование рисков
Адаптационные меры в энергетическом секторе должны обеспечивать экономическую эффективность, доступность энергии,энергетическую и экологическую безопасность.
В части обеспечения экономической эффективности электроэнергетики наиболее применяемыми методами является энергосбережение, а также диверсификация энергетики, в том числе в децентрализованных зонах, с использованием альтернативных источников энергии: гелиоэнергетика, ветроэнергетика, геотермальная энергетика, малая и большая гидроэнергетика, биотопливо, тепловые насосы [19].
В обозримой перспективе (по проекту Энергетической стратегии России до 2035 г.) углеводородное топливо (в первую очередь природный газ) сохранит свои позиции при одновременной реализации мер энергосбережения и энергетической эффективности - улучшение КПД соответствующих установок и увеличение в них доли комбинированной выработки тепловой и электрической энергии [19].
Хотя в ближайшие десятилетия лидерство ископаемых углеводородов, и прежде всего газа,
в топливно-энергетическом балансе мира и России вряд ли можно поставить под сомнение, ВИЭ может экономически обоснованно замещать мощности на углеводородном топливе в районах децентрализованного энергоснабжения (то есть на 2/3 территории страны). Особенности размещения указанных источников энергии на территории России позволяет практически каждому ее субъекту комплексно использовать два-три вида возобновляемых источников [19].
В целях развития распределенной генерации, в том числе на основе ВИЭ, уже сейчас реализуется план мероприятий по модернизации неэффективной дизельной (мазутной,угольной)генерации в таких энергорайонах.
В отношении доступности энергии, энергетической и экологической безопасности в электроэнергетике необходимо обратить внимание на энергетические установки, работающие на ископаемом топливе, а также на системы транспортировки топлива и электроэнергии. Здесь основными мерами адаптации станут технологические
и инфраструктурные инновации, повышающие устойчивость сооружений к неблагоприятным погодно-климатическим воздействиям. В этой связи целесообразно также создать масштабную и эффективную систему оценки и минимизации рисков и предотвращения ущерба от ожидаемого изменения климата, реализующую потенциал действующего законодательства [19].
В частности, в электроэнергети- ^^^^^^^^ ке, в районах таяния вечной мерзлоты нужно будет укреплять линии электропередач, которые должны иметь грозозащитное оборудование, а монтаж опор, доставляемых транспортом, учитывая низкие температуры, надо выполнять незамедлительно.
Для адаптации гидроэнергетики к изменениям климата целесообразно уточнить гидроэнергетический потенциал малых и средних рек, учитывая, что в условиях России гидроэнергетика - наиболее перспективный и экономически эффективный ВИЭ. Вместе с тем, массовое строительство малых ГЭС возможно лишь в случае отказа от индивидуального проектирования в пользу серийного производства
оборудования, а также качественно нового подхода к оценке его надежности и стоимости [19].
В данной области также предстоит преодолеть ряд препятствий, таких как: неинформированность потенциальных пользователей о преимуществах применения гидроэнергетических объектов; недостаточную изученность гидрологического режима и объемов стока малых водотоков; низкое
Для адаптации гидроэнергетики к изменениям климата целесообразно уточнить потенциал малых и средних рек, учитывая, что в условиях России гидроэнергетика - наиболее перспективный и экономически эффективный ВИЗ
качество действующих методик, рекомендаций и СНиП, что выступает причиной серьезных ошибок в расчетах; несовершенство методик оценки и прогнозирования их возможного воздействия на окружающую среду и хозяйственную деятельность; слабую производственную и ремонтную базу предприятий, производящих гидроэнергетическое оборудование ГЭС [19]. Также потребуются
дополнительные исследования функционирования ГЭС в условиях глубокого промерзания русла рек [19].
Адаптация гидроэнергетики в целом к происходящим и ожидаемым климатическим изменениям потребует совместных усилий научно-исследовательских учреждений Росгидромета, РАН и Минэнерго России с целью количественно оценить влияние изменения водного режима рек на выработку энергии ГЭС [19].
Кроме того, целесообразно разработать новые правила эксплуатации водохозяйственных и ги-
дроэнергетических систем, принимая во внимание фактически наблюдаемые и ожидаемые изменения климата, так как действующие правила не учитывают изменение внутригодового распределения стока рек. В результате, возможности увеличить выработку энергии используются не полностью, возникают чрезвычайные ситуации. Для рационального управления работой водохранилищ потребуются новые подходы и правила эксплуатации гидроузлов и их каскадов с учетом происходящих изменений гидрометеорологического режима на водосборах [19].
Использованные источники
1. Миланкович M. 1939. Математическая климатология и астрономическая теория колебаний климата. Пер. с нем. А.Х. Хргиана под ред. С.Л. Бастамова. -М.: ГОНТИ. 207 с.
2. Большаков В.А. 2015. Орбитальные факторы долгопериодных колебаний климата плейстоцена. Фундаментальная и прикладная климатология, т. 1. С. 49-77.
3. БудыкоМ.И. Изменение климата. Л.: Гидрометео-издат, 1974. 280 с.
4. Будыко М.И. Радиационные факторы современных изменений климата // Известия АН СССР. Серия географическая, 1968. № 5. С. 36-41.
5. Навроцкий В.В. Мировой океан и глобальные изменения климата // Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук, 2013, № 6. С. 101-108.
6. Отчет о функционировании ЕЭС России в 2019 году URL: https://www.so-ups.ru/fileadmin/files/company/ reports/disclosure/2020/ups_rep2019.pdf (дата обращения: 19.02.2020).
7. Интернет-сайт Министерства энергетики Российской Федерации. URL: https://minenergo.gov.ru/ node/532 (дата обращения: 20.02.2020).
8. Добрусин Л.А., 2013. Повышение энергоэффективности электросетевого комплекса России. «Энергосбережение», №7,2013. URL:https://www.abok.ru/for_spec/ articles.php?nid=5650 (дата обращения: 20.02.2020).
9. Правила устройства электроустановок (ПУЭ), 2003. Глава 2.5. Воздушные линии электропередачи напряжением выше 1 кВ (с изменениями и дополнениями) (Издание шестое) URL: http://electrica.pro/sites/default/ files/ПУЭ.pdf (дата обращения: 19.02.2020).
10. Второй оценочный доклад Росгидромета об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации, г. Москва, 2014 г. URL: http:// downloads.igce.ru/publications/OD_2_2ü14/v2ü14/htm/1. htm (дата обращения: 19.02.2020).
11. Анисимов О.А., Лавров С.А. Глобальное потепление и таяние вечной мерзлоты: оценка рисков для производственных объектов ТЭК // Технологии ТЭК. -2004. - № 3.
12. Анисимов О.А. Оценочный отчет: Основные природные и социально-экономические последствия изменения климата в районах распространения мно-
голетнемерзлых пород: прогноз на основе синтеза наблюдений и моделирования. Гринпис, 2010.
13. Методы оценки последствий изменения климата для физических и биологических систем, 2012. С.М. Семенов (ред.). М., Росгидромет. 508 с.
14. Александров Г.Н. Режимы работы воздушных линий электропередач. Центр подготовки кадров энергетики, СПб., 2006.
15. Руководство по специализированному обслуживанию экономики климатической информацией, продукцией и услугами / Под редакцией д-ра геогр. наук, профессора Н.В. Кобышевой, СПб., 2008.
16. Lehner B., Czisch G., Vassolo S., 2005. The impact ofglobal change on the hydropower potential of Europe: a modelbased analysis, Energ. Policy, vol. 33.
17. Елистратов В.В., Кобышева Н.В., Сидоренко Г.И. (ред.) Климатические факторы возобновляемых источников энергии, СПб., Наука, 2010.
18. Исследование изменений внутригодового режима речного стока в бассейне реки Волга в условиях глобального изменения климата. Заключительный отчет о НИР. Книга 1: Обоснование параметров притока к водохранилищам Волжско-Камского каскада водохранилищ в условиях меняющегося климата. Отв. исп. Георгиевский В.Ю., Шалыгин А.Л., Гронская Т.П. Спб.: ФГБУ «ГГИ», 2010.
19. Порфирьев Б., Катцов В., 2011. Последствия изменений климата в России и адаптация к ним. URL: http:// institutiones.com/general/2050-posledstviya-izmenenij-klimata-v-rossii-i-adaptaciya.html (дата обращения: 20.02.2020).
20. IPCC Working Group II: Climate Change 2014. Impacts, Adaptation, and Vulnerability, 2014. URL: http://www. ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar5/wg2/ar5_wgII_spm_ en.pdf (дата обращения: 20.02.2020).
21. Анисимов О.А., Стрелецкий Д.А., 2015. Геокриологические риски при таянии многолетнемерзлыхгрунтов //АРКТИКА. XXI век. Естественные науки, 2015, № 2. С. 60-74.
22. Доклад об особенностях климата на территории Российской Федерации за 2018 год, г. Москва, 2019. URL: http://www.meteorf.ru/upload/pdf_download/o-klimate-rf-2018.pdf (дата обращения: 20.02.2020).
