Нарастването на дела на ВЕИ ще засили ролята на ВЕЦ и ПАВЕЦ

инж. Митю Христозов, директор на ЦДУ и член на Борда на директорите на ЕСО ЕАД

Структурата на електропроизводствените мощности в страната предполага като базови мощности да се използват АЕЦ Козлодуй и кондензационните електроцентрали на въглища. Отговорността за покриване измененията на товара в денонощен и сезонен разрез е възложена на големите водноелектрически и помпено акумулиращи централи. В настоящия материал е разгледана ролята на големите ВЕЦ и ПАВЕЦ при управлението на електроенергийния баланс на страната и перспективите за развитие на водноенергийния сектор.

Основната цел при управлението на електроенергийната система е поддържането на баланс между производството и потреблението за период от няколко секунди до години напред. Това налага осигуряване на необходимите резерви и системни услуги от електрическите централи при управлението в реално време; краткосрочно (часове, дни) и средносрочно (седмици, месеци) планиране работата на електроенергийната система, както и разработване на дългосрочни (години, десетилетия) планове за развитие на електроенергийната система.

Основните балансиращи и регулиращи мощности в електроенергийната система на България са големите водноелектрически централи. Участието им в резервирането и предоставянето на системни услуги, както и при фазата на планиране, е подчинено на изключително много ограничителни условия като: приоритетност на електропроизводството съгласно Закона за водите; годишен ход на притоците; технически характеристики и маневреност на хидротехническите съоръжения и на хидроагрегатите; необходимост от балансиране, регулиране и резервиране на електроенергийната система и др.

Осигуряване на резерв и системни услуги
Както всички конвенционални централи, водноелектрическите предоставят пълния набор от резерви и системни услуги за електроенергийната система, а именно: участие в първично и вторично регулиране, предоставяне на бърз третичен резерв, регулиране на напреженията в електропреносната мрежа, стабилизиране на местните и междусистемните колебания на активната мощност, автоматично бързо разтоварване при повишаване на честотата; участие в коридори за възстановяване след системна авария, работа в островен режим и ресинхронизация към електроенергийната система.

За разлика от кондензационните централи, водноелектрическите предоставят и допълнителни услуги като: пускане без външно захранване на собствените нужди и захранване на останалата без напрежение част от електропреносната мрежа, работа в режим на групово управление по активна или реактивна мощност с пропорционално разпределяне на мощността между работещите агрегати спрямо номиналната им мощност и работа в режим на групово управление по напрежение или честота (при островен режим). Освен това поради естеството на мощностите у нас през първите 5-8 часа ролята на студен резерв играят водноелектрическите централи, след което се включва мобилизираният студен резерв в кондензационните централи.

Участие в покриване на денонощната товарова диаграма
Особено важна е ролята на ВЕЦ при покриване на денонощната товарова диаграма. Поради термичните процеси циклите пускане и спиране на блоковете в кондензационните електроцентрали са тежки за самите съоръжения. Увеличаването на броя на тези цикли води до повишаване на аварийността на агрегатите, а това е недопустимо в рамките на един ден с изключение на аварийни ситуации. За разлика от кондензационните централи, при водноелектрическите термичните процеси са сведени до минимум и това позволява неколкократното им пускане и спиране в рамките на деня. Именно поради тези причини кондензационните централи се използват основно като базови, а ежедневното изменение на товара се покрива от ВЕЦ и ПАВЕЦ.

На фиг. 1 е илюстрирано покриването на денонощната товарова диаграма от различните видове електрически централи през различните сезони. От нея е видно, че структурата на различните видове производствени агрегати принципно не се изменя според сезона при покриване на електрическия товар. Съществена е ролята на ПАВЕЦ, които през малките часове на денонощието компенсират „тромавостта” на кондензационните централи.

По време на пролетното пълноводие се диспечира увеличено електропроизводство от ВЕЦ с цел избягване на изпускане на енергийно непреработени води. Същото може да се получи и при много влажни години, каквито бяха последните 5 години и особено 2010 година, която беше рекордна за цялата история на водната енергетика. Това налага при нормално потребление в страната да се търсят възможности за икономически изгоден износ на електроенергия към съседни държави.

През летния сезон работата на ВЕЦ е изцяло подчинена на графиците за напояване, питейно и промишлено водоснабдяване, както и на екологичните нужди за овлажняване на речните корита. В зависимост от климатичните условия през зимния и есенния сезон ВЕЦ работят за покриване на електрическите товари.

Средносрочно планиране работата на ВЕЦ
Средносрочното планиране на работата на ВЕЦ се основава преди всичко на годишния ход на притоците през периода зима-пролет. Това е видно от фиг. 2 и фиг. 3.
Каскада Арда е отделена от останалите каскади, тъй като нейните притоци са повлияни от средиземноморския климат. Поради тази причина притоците по р. Арда са основно през зимния период. Този факт, заедно с релефните особености на водосборния басейн на реката, налага усилена работа на ВЕЦ през зимата с цел недопускане на енергийно непреработени води. За разлика от останалите каскади електропроизводството от ВЕЦ към каскада Арда следва изцяло годишния ход на притоците. Това се дължи на факта, че от каскадата не се използват води за напояване.

При останалите каскади притоците са основно през пролетния период. Това се дължи на влиянието на континенталния климат и по-високата надморска височина. Поради тази причина се налага предварително освобождаване на достатъчно оптимален свободен обем в язовирите преди пролетното пълноводие чрез електропроизводство от ВЕЦ, което съвпада с повишените енергийни нужди през зимата. Друга цел е достигане на максимални обеми в края на пролетта с цел осигуряване на води за напояване през летния сезон.

Планове за развитие
Електропроизводството от ВЕЦ се основава на възобновяемия енергиен източник вода. Европейските политики за насърчаване на възобновяемите енергийни източници чрез законодателни инициативи и финансови инструменти очертват добри перспективи за водната енергетика. В България възможностите за изграждане на водноелектрически обекти са основно по отношение на малките водноелектрически централи.

Единствените перспективи за големи ВЕЦ, участващи в балансирането и регулирането на електроенергийната система, се изчерпват с каскада Горна Арда и евентуално хидроенергийните комплекси по р. Дунав. Изграждането на последните ще зависи от технико-икономическите, социалните и екологични оценки, съчетани с междуправителствени договори и осигуряване на значителен финансов ресурс.

Съгласно изискванията на чл. 16, ал. 2 на Директива 2009/28/ЕО държавите-членки гарантират, че при диспечиращите електрогенериращи инсталации операторите на преносните системи дават приоритет на тези инсталации, които използват възобновяеми източници на енергия, доколкото това се позволява от сигурната експлоатация на националната електроенергийна система.

Освен ВЕЦ към мощностите с приоритетно производство се числят високоефективните когенерации и ВЕИ (ВяЕЦ, фотоволтаици, биомаса и др.). С изключение на ВяЕЦ всички останали мощности са в състояние да следват денонощния ход на товаровата диаграма. За сметка на това ВяЕЦ имат най-голям прогнозен дял сред централите с приоритетно производство. Непостоянството на първичния енергиен ресурс на ВЕИ, и по-специално на ВяЕЦ, води до проблеми с поддържане баланса между производството и потреблението.

До 2015 година ще бъдат изведени от експлоатация ТЕЦ Варна, ТЕЦ Бобов дол, ТЕЦ Марица 3 и ТЕЦ Русе-блок 4, които понастоящем участват в поддържане баланса между производството и потреблението в денонощен разрез. Перспективите са тяхното производство да бъде заместено от това на ТЕЦ Марица изток 1 и ВЕИ. Ако проектираните вятърни, водни и атомни агрегати са нерегулируеми, управляемостта на ЕЕС ще бъде нарушена. Възниква необходимост от предприемане на алтернативни решения. По отношение на водноелектрическите централи те са:

- Агрегатите от каскада Горна Арда да работят в помпено-акумулиращ режим;

- Доизграждане на язовир Яденица и свързващия тунел с язовир Чаира с цел повишаване продължителността на непрекъсната работа на ПАВЕЦ Чаира в помпен и генераторен режим;

- Като допълнителна мярка към гореспоменатите решения е преминаването на малките ВЕЦ с горен изравнител под централизирано диспечерско управление от ЕСО чрез операторите на разпределителните мрежи, което да се регламентира в законодателната рамка. Тази мярка изисква малко инвестиции, но предполага непреработени първични ресурси в малките часове на денонощията през пролетния сезон и намалена използваемост на инсталираните мощности.

Изборът на някоя от гореспоменатите мерки или комбинация от тях в съчетание с други конвенционални решения е въпрос на технико-икономически анализ, съобразен с развитието на електроенергийния пазар в страната и региона.

Нарастването на дела на ВЕИ ще засили ролята на ВЕЦ
Нарастването на дела на възобновяемите енергийни източници ще засили ролята на водноелектрическите и помпено-акумулиращите централи при овладяване на флуктуациите в електропроизводството на ВяЕЦ. Това обаче ще трябва да бъде съчетано с интересите на останалите водоползватели от големите комплексни язовири, което значително усложнява решението на целевата функция за оптимално използване на водите. В тази връзка ЕСО е създало и продължава да създава достатъчен технически и човешки потенциал за управлението на ВЕЦ. Използвайки научния потенциал в НИМХ, ЕСО инвестира в изграждането на мрежа от дъждомерни и хидрометрични станции по водосборните басейни на основните каскади в страната с цел по-точно прогнозиране на притоците. През 2010 година беше внедрена системата Scheduling Application на фирмата Siemens, която позволява оптимално диспечиране на ВЕЦ при значителен обем ограничителни първоначални условия.

Въз основа на изнесеното в настоящия доклад може да се заключи, че наличието на "тромави" електропроизводствени мощности (основно КЕЦ и АЕЦ) в структурата на електроенергийната система и перспективите за развитие на ВяЕЦ предопределят големите ВЕЦ в страната като неин основен настоящ и бъдещ "балансьор".