Энергетика — генерация — часть 2

В этой части мы поговорим о том, как идет производство энергии, и разберем основные виды генерации (уголь, газ, ВИЭ, гидро, атом).

Начнём с обзора генерации по нашей стране:

Самую большую долю составляет теплогенерация (больше половины), затем примерно поровну идут гидрогенерация и атомная генерация. Возобновляемые источники пока что составляют меньше процента.

Доли с годами почти не меняются, электрогенерация — один из самых стабильных сегментов на нашем рынке. Начнем с самого распространенного способа — тепловой генерации.

Тепловая генерация

Вблизи населенных пунктов тепловую генерацию электроэнергии обычно совмещают с теплогенерацией в рамках ТЭЦ — теплоэлектроцентрали.

Вода нагревается в котле, нагретый пар вращает турбину генератора, который преобразует механическую энергию в электрическую — и электроэнергия идет в сеть. Нагретая вода пускается в теплотрассу — и теплоэнергия идет к потребителям.

Схема работы ТЭЦ

Если речь идет про генерацию вдали от населенных пунктов — такая тепловая генерация тоже бывает, только она менее эффективна в том плане, что горячая вода не используется. Такие станции называют ГРЭС — государственная районная электростанция.

Экономика ТЭЦ и ГРЭС достаточно простая — на определенное количество сжигаемого топлива получается определенное количество электроэнергии. Российские ГРЭС работают на газе или угле (всегда есть еще и мазут — но он используется в качестве запасного вида топлива).

Полезный момент: российский газ сильно отличается по ценообразованию от мировых цен. Во-первых, наш газ стоит в среднем в два раза ниже, во вторых у цены максимально предсказуемая динамика — она просто постепенно индексируется на инфляцию. Что касается угля, его цена наоборот очень рыночная — поэтому с колебаниями цен на уголь эффективность угольных энергоблоков может значительно меняться.

Кстати, сами генераторы бывают разные. Основные типы — ГТУ, ПСУ и ПГУ –газотурбинные установки, паросиловые и парогазовые установки. Они отличаются по КПД — чем он выше, тем эффективнее работает установка. Обычно ГТУ имеют самый низкий КПД, а ПГУ — самый высокий.

Процесс генерации на самом деле простой: в ГТУ сгорает газ, вращает турбину, турбина крутит генератор — и мы получаем электроэнергию (а пар может в дальнейшем использоваться для отопления).

В ПГУ за той же турбиной устанавливается котел с водой, которая нагревается уходящими газами, и пар из котла вращает еще одну турбину.

Газотурбинная установка в разрезе

Атомная генерация

Это непубличная генерация, единственная компания, которая может эксплуатировать ее — «Концерн Росэнергоатом». Не будем углубляться в этот вид, так как компания все равно не торгуется (но благодаря тому, что у нее есть выпуски облигаций, мы о ней кое-что знаем).

Как работает атомная генерация? В так называемой «активной зоне» происходит реакция (радиоактивное сырье — уран и плутоний), в ходе которой нагревается жидкий натрий. Жидкий натрий передает тепло второму контуру с уже нерадиоактивным натрием. Нерадиоактивный натрий передает тепло следующему контуру, нагревая воду, которая сразу превращается в пар — а дальше уже знакомая нам по теплогенерации схема: пар вращает турбину генератора и происходит выработка электроэнергии.

Атомный реактор с урановыми стержнями

Что касается влияния на предложение — у Росатома самый высокий КИУМ (больше 80%) в отрасли, но несмотря на это есть стабильный тренд на увеличение объемов выработки (по 1–2% г/г). При том, что потребление в России стабильно — можно сказать, что атомная генерация немного вытесняет остальные виды.

КИУМ — коэффициент использования установленной мощности, показывает, на сколько % используются имеющиеся мощности. Например, если энергоблок мог выработать 100 МВт*ч, а выработал всего 30 — значит, КИУМ 30%.

Гидрогенерация

Дает годовую выработку примерно столько же, сколько и атомная генерация. Этот вид, в отличие от предыдущих двух, является самым динамичным в плане показателей выработки и экономики. Если в теплогенерации мы точно знаем, сколько получим энергии при использовании какого-то количества топлива, то здесь нет.

Саяно-Шушенская ГЭС

Процесс генерации работает следующим образом. Вода вращает гидротурбину генератора, и появляется электроэнергия. Скорость вращения турбины зависит от напора воды — именно поэтому и строят плотины, чтобы ограничить естественный поток воды и сконцентрировать его на турбины. ГЭС обладает большей маневренностью, чем другие виды генерации — можно открыть дополнительные турбины, подав на них воду, и сразу же увеличится выработка энергии.

Как видите, себестоимость у такой энергии гораздо ниже — ничего не нужно закупать для создания энергии, просто поддерживать в рабочем состоянии все агрегаты. Основные издержки здесь — постоянные, и они идут на ремонт оборудования. Поэтому с ростом объема генерации рентабельность ГЭС должна расти.

У каждой ГЭС есть свой оптимальный уровень воды в водохранилище, при котором она дает максимальную выработку без рисков аварий. Такой уровень называется НПУ — нормальный подпорный уровень. Верхняя граница — ФПУ — форсированный подпорный уровень, все что выше него — уже риск аварии. Нижняя граница — уровень мертвого объема, вода не должна опускаться ниже этого уровня. Интересно, что на сайте Русгидро можно в режиме онлайн видеть уровень воды почти на всех ГЭС.

Уровень воды онлайн. Источник: сайт Русгидро.

Помимо ГЭС бывают еще и ГАЭС — гидроаккумулирующие станции. В них процесс работы простой — в спокойное время (когда энергия дешевая) ГАЭС расходует энергию и с помощью насосов закачивает воду на определенную высоту в резервуары над турбинами. В момент пиковой нагрузки (когда энергия дорогая) вода сбрасывается на турбины, которые вращаются и генерируют энергию.

Итак, мы разобрались, что происходит в процессе генерации, и из чего станции делают электроэнергию. В следующей части мы обсудим, по каким ценам они продают энергию, и как эти цены формируются.