Состояние и перспективы развития электроэнергетики Мурманской области

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ

УДК 621.9 (470.21) В. А. Минин

СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ МУРМАНСКОЙ ОБЛАСТИ

Аннотация

Дана общая характеристика Мурманской области. Рассмотрено современное состояние Кольской электроэнергетической системы. Показаны основные показатели работы действующих электростанций (Кольской АЭС, Апатитской и Мурманской ТЭЦ, 17 гидроэлектростанций). Дана характеристика электросетевого хозяйства энергосистемы. Представлены направления возможного развития электроэнергетики региона на перспективу.

Ключевые слова:

Кольская энергосистема, АЭС, ТЭЦ, ГЭС, электрические сети, перспективы развития. V. A. Minin

THE STATE AND PROSPECTS OF MURMANSK REGION ELECTRIC POWER DEVELOPMENT

Abstract

The general characteristic of the Murmansk region is given. The modern condition of the Kola electric power system is considered. The main performance indicators of operating power plants (Kola NPP, Apatity and Murmansk TPP, 17 hydroelectric power plants) are shown. The characteristics of the power grid facilities of the power system are given. The possible development directions of the region electric power industry for the prospect are presented.

Keywords:

Kola power system, nuclear power plant, thermal power plant, hydropower plant, electric networks, development prospects.

Общая характеристика региона. Мурманская область расположена на северо-западе европейской части России, занимает Кольский полуостров, граничит с Финляндией и Норвегией. Большая часть территории региона расположена за Полярным кругом. Население области на начало 2017 года составляло 760 тыс. чел., в том числе областной центр Мурманск - 298 тыс. Североморск - 60,4 тыс. , Апатиты - 56,4 тыс., Мончегорск - 46,0 тыс., Кандалакша - 32,0 тыс., Оленегорск - 29,8 тыс., Кировск - 28,9 тыс. Еще девять городов имеют численность населения от 10 до 20 тыс. человек.

Кольский полуостров располагает крупными месторождениями различных видов минерального сырья: медно-никелевые, железные, апатитонефелиновые руды и руды редкоземельных металлов. В свете сказанного основу экономики региона составляют добыча полезных ископаемых, их переработка, обогащение. Большое развитие получили цветная металлургия,

химическая промышленность, рыболовство и рыбопереработка. В масштабах страны на долю Мурманской области приходится производство 100% апатитового концентрата, 10% концентрата железной руды, 44% никеля, 7% рафинированной меди, около 20% пищевой рыбной продукции.

Ведущими предприятиями Мурманской области являются [1]:

- ОАО «Апатит» (г. Кировск) - производство апатитового концентрата;

- Филиал ОАО «СУАЛ» - «Кандалакшский алюминиевый завод - СУАЛ» (г. Кандалакша) - производство первичного алюминия;

- ОАО «Кольская горно-металлургическая компания (Мончегорск, Заполярный, Никель) - производство никеля, рафинированной меди, серной кислоты;

- ОАО «Оленегорский горно-обогатительный комбинат» - ОАО «Олкон» (г. Оленегорск) - производство железорудного сырья;

- ОАО «Ковдорский горно-обогатительный комбинат» (г. Ковдор) -производство апатитового, бадделитового и железорудного концентратов;

- ОАО «Мурманский морской торговый порт (г. Мурманск);

- Мурманское отделение Октябрьской железной дороги.

Характеристика Кольской энергосистемы. По величине установленной

мощности она является второй на Северо-Западе России и самой крупной в мире за Полярным кругом. Её суммарная установленная мощность составляет 3640 МВт. Энергосистема уникальна по своему составу. Она имеет 17 гидроэлектростанций (их доля в структуре мощностей энергосистемы значительно превышает среднероссийские показатели), 2 ТЭЦ на органическом топливе, Кольскую атомную электростанцию и единственную в России приливную электростанцию. Высоковольтная сеть (рис.1) объединяет все электростанции для работы под единым диспетчерским управлением. Кольская энергосистема связана по ЛЭП 330 кВ с Карелией и через нее - с ОЭС Северо-Запада России. Имеются также выход в энергосистемы Норвегии и Финляндии. Энергосистема существует более 70 лет и относится к разряду достаточно "старых" энергосистем, с чем связаны и некоторые проблемы ее функционирования и дальнейшего развития.

В настоящее время на территории Мурманской области работают следующие субъекты электроэнергетики, осуществляющие производство электроэнергии: ОАО «Концерн Росэнергоатом»; ОАО «ТГК-1» (филиал Кольский); ОАО «Ленинградская ГАЭС» (в части, касающейся Кислогубской приливной электростанции).

Основным производителем электроэнергии в Мурманской области является Кольская АЭС, которая входит в ОАО «Концерн Росэнергоатом». Она имеет в своем составе четыре энергоблока. Суммарная электрическая мощность станции составляет 1760 МВт. Ожидаемые сроки эксплуатации действующих энергоблоков Кольской АЭС с учетом проведения мероприятий по продлению сроков их эксплуатации следующие: первый энергоблок - до 2033 г., второй - до 2034 г., третий - до 2036 г., четвертый - до 2039 г.

Динамика выработки и потребления электрической энергии в Мурманской области приведена в табл. 1. Как видно из представленных данных, за последние годы производство, потребление и экспорт энергии довольно стабильны, отклонение от среднего не превышает 3%.

Рис. 1 - Схема электрических сетей Кольской энергосистемы. Каскады ГЭС: 1-111 - Нивский, ГУ-УГГГ - Пазский, 1Х-Х1 - Ковдинский, Х11-Х111 - Туломский, ХУ-ХУГ - Серебрянский, ХУГГ-ХУГГГ - Териберский

Таблица 1

Показатели производства и потребления электроэнергии в Мурманской области и ее экспорта за пределы региона [2, 3], млрд. кВтч

Показатели Годы

2011 2012 2013 2014 2015 2016

Производство электроэнергии 17,6 17,2 16,9 16,4 16,6 17,2

Потребление 12,4 12,6 12,3 12,3 12,2 12,3

Экспорт 5,2 4,6 4,6 4,2 4.3 4.8

Характеристика тепловых электростанций. Тепловые электростанции, расположенные на территории Мурманской области, входят в состав филиала «Кольский» ОАО «ТГК-1». Это, в первую очередь, Апатитская ТЭЦ мощностью 230 МВт, работающая на угле. Ее установленная тепловая мощность равна 535 Гкал/ч. В 2016 году выработка электроэнергии Апатитской ТЭЦ составила 0,431 млрд. кВтч, отпуск тепловой энергии - 1,5 млн. Гкал. Вторым подобным источником электрической энергии является Мурманская ТЭЦ. Она также входит в состав филиала «Кольский» ОАО «ТГК-1», является его дочерним предприятием и служит основным источником теплоснабжения города Мурманска. Установленная электрическая мощность Мурманской ТЭЦ составляет 12 МВт, тепловая мощность - 1122 Гкал/ч. Среднегодовая выработка электроэнергии в 2016 году составила 16,7 млн. кВт.ч, а отпуск тепловой

энергии - 2,1 млн. Гкал. Мурманская ТЭЦ работает на мазуте, обеспечивает около 2/3 потребностей Мурманска в тепловой энергии и горячей воде.

Основные технико-экономические параметры действующих тепловых электростанций Мурманской области сведены в табл.2. Теплоэлектроцентрали работают в соответствии с графиком тепловой нагрузки.

Таблица 2

Основные технико-экономические показатели тепловых электростанций

Мурманской области

Наименование станции Год ввода в эксплуатацию Уст. мощн., МВт Среднегод. Выработка э/энергии, млн. кВт-ч Число часов использ. установл. мощности

Апатитская ТЭЦ 1959-1964 230 431* 1401

Мурманская ТЭЦ 1934 12 17* 1417

Кольская АЭС 1973-1984 1760 10093** 5735

Итого 2002 10541

* Данные за 2016 г.

Средние показатели за 2011-2016 гг.

Основным источником электрической энергии в регионе на протяжении последних 40 лет является Кольская атомная электростанция. Ее доля в балансе суммарной мощности Кольской энергосистемы составляет около 48%, а в балансе выработки - 63%.

Начиная с 90-х годов прошлого века, когда страна и регион перешли на новую систему хозяйствования и рыночные экономические отношения, в Мурманской области произошло некоторое снижение объемов производства, особенно в добывающих отраслях промышленности. Из-за снижения энергопотребления появился избыток установленных мощностей. Это, в свою очередь, привело к систематической недогрузке Кольской АЭС.

Характеристика гидроэлектростанций. В состав Кольской энергосистемы входят 17 гидроэлектростанций (табл. 3), объединенных в 6 каскадов, расположенных на реках Нива, Паз, Ковда (Кума, Иова), Тулома, Воронья, Териберка. Суммарная установленная мощность ГЭС составляет 1594 МВт или около 44% от суммарной установленной мощности энергосистемы. Удельный вес гидроэлектростанций в годовой выработке не постоянен и зависит от водности года. В среднем он составляет около 35-40%.

Большинство ГЭС Кольской энергосистемы являются станциями плотинно-деривационного типа. Семь гидростанций построены с безнапорной деривацией каналами разной длины. Это станции Нива-1, Нива-2, Княжегубская, Иовская, Кумская, Серебрянская-1 и Серебрянская-2. Три ГЭС с подземным расположением машинного зала имеют тоннельную напорную деривацию: Нива-3, Верхне-Туломская и Борисоглебская. Шесть ГЭС являются низконапорными станциями приплотинного типа: Кайтакоски, Янискоски, Хевоскоски, Нижне-Туломская и Нижне-Териберская. Одна станция плотинно-деривационного типа с напорной деривацией трубопроводом - Верхне-Териберская ГЭС. Основные энергетические показатели перечисленных ГЭС приведены в табл. 3.

Основные показатели действующих гидроэлектростанций Кольской энергосистемы

Таблица 3

Название ГЭС Река Год пуска Уст. мощн. ГЭС, МВт Кол-во турбин Расч. напор, м Расч. расход, м3/с Вид регулирования Исп-е уст. мощн., ч Ср.мн.лет. уд. расход, м3/кВт-ч Ср.год. выраб., млн. кВт-ч

Нива -I Нива 1952 26,0 2 11,5 276 мн.летн. 4961 38,2 129

Нива-П Нива 1934 60,0 4 36,0 200 недельн. 6833 12,0 410

Нива-Ш Нива 1949 155,5 4 74,0 250 суточн. 5466 5,8 850

Кайтакоски Паз 1959 11,2 2 7,0 180 мн.летн. 6250 57,8 68

Янискоски Паз 1950 30,5 2 21,5 166 суточн. 6885 19,6 210

Раякоски Паз 1955 43,2 3 20,5 255 суточн. 5116 21,2 220

Хеваскоски Паз 1970 47,0 2 16,9 325 суточн. 4532 24,9 213

Борисоглебская Паз 1964 56,0 2 19,3 348 суточн. 4910 22,4 275

Кумская Кума 1962 80,0 2 32,0 350 мн.летн. 4325 13,0 346

Иовская Иова 1960 96,0 2 36,0 350 сезонное 5585 11,1 536

Княжегубская Ковда 1955 152,0 4 34,0 460 сезонное 4645 10,9 706

В.-Туломская Тулома 1965 268,0 4 58,5 480 мн.летн. 2985 6,4 800

Н.-Туломская Тулома 1937 57,2 4 17,5 360 суточн. 4371 24,4 250

Серебрянская-1 Воронья 1970 204,9 3 75,0 303 мн.летн. 2684 5,3 550

Серебрянская-П Воронья 1972 156,0 3 62,5 276 сезонное 3460 6,6 519

В.-Териберская Териберка 1984 130,0 1 111,0 133 сезонное 1815 5,8 236

Н.-Териберская Териберка 1987 26,5 1 21,4 139 сезонное 2037 15,9 54

Итого: 1600 6372

Гидроэлектростанции Кольской энергосистемы в основном являются низко- и средненапорными и оборудованы, как правило, турбинами поворотно-лопастного типа. Только три ГЭС имеют напор выше семидесяти метров - это гидроэлектростанции Нива-3 (напор 74 м), Серебрянская ГЭС-1 (напор 75 м) и Верхне-Териберская (напор 111 м).

Всего на гидроэлектростанциях установлено 45 гидроагрегатов мощностью от 5,6 до 130 МВт. Подавляющее большинство ГЭС спроектированы Ленинградским отделением ВГПИ и НИИ "Гидропроект" и построены отечественными строительными организациями с установкой отечественного оборудования. Некоторые гидроэлектростанции сооружены финскими и норвежскими фирмами, на них часть гидросилового оборудования изготовлена финской фирмой "Тампелла" и шведской "КМ".

У пяти из шести каскадов ГЭС АО "Колэнерго" верхнее водохранилище обладает емкостью, достаточной для ведения многолетнего регулирования. С помощью водохранилища Верхне-Териберской ГЭС ведется годичное регулирование. Практически каждая гидроэлектростанция имеет как минимум водохранилище суточного, а иногда, как Нива ГЭС-2, недельного или, как Иовская и Княжегубская ГЭС - сезонного регулирования.

Состояние электросетевого хозяйства. Энергосистема Мурманской области имеет электрические связи с энергосистемами Республики Карелии (две воздушные линии 330 кВ от подстанции Княжегубской ГЭС до подстанции Лоухи, ВЛ 110 кВ Княжегубская ГЭС 11 - ПС Лоухи), Финляндии (ВЛ 110 кВ ГЭС Кайтакоски - ПС Ивало) и Норвегии (ВЛ 150 кВ Борисоглебская ГЭС - ПС Киркенес). Крупнейшей распределительной сетевой компанией Мурманской области является филиал ОАО «МРСК Северо-Запада» «Колэнерго». Сводные данные о протяженности воздушных линий электропередачи 110-150 кВ, количестве и мощности подстанций, находящихся на балансе «МРСК Северо-Запада» «Колэнерго», приведены в табл. 4. Протяженность воздушных линий 110-150 кВ сельскохозяйственного назначения составляет 149 км.

Таблица 4

Суммарная протяженность ВЛ 110-150 кВ и установленная мощность силовых трансформаторов на ПС 110-150 кВ, находящихся на балансе «МРСК Северо-

Запада» «Колэнерго» [1]

Напряжение, кВ Протяженность линий в одноцепном исчислении, км Количество подстанций Мощность подстанций, МВ А

110 кВ 2015 42 1215

150 кВ 2671 30 2561

В настоящее время переток мощности из энергосистемы Мурманской области в направлении Республики Карелии составляет около 600 МВт. С целью повышения пропускной способности и надежности работы сети 330 кВ на транзите Колэнерго - Карелэнерго - Ленэнерго в настоящее время по заданию МЭС Северо-Запада выполнен проект строительства второй ВЛ 330 кВ Кольская АЭС - ПС 330 кВ Княжегубская - ПС 330 кВ Лоухи - ПС 330 кВ Путкинская - ПС 330 кВ Онда - ПС 330 кВ Петрозаводская, а также ПС 330 кВ Петрозаводская - ПС 330 кВ Сясь - ПС 330 кВ Тихвин.

Распределительные сети Кольской энергосистемы на напряжение 35-110-150 кВ обеспечивают электроснабжение всех потребителей Мурманской области, включая крупные промышленные объединения, города, поселки, электроснабжение Октябрьской железной дороги на участке Мурманск - Полярный Круг и сельскохозяйственных потребителей.

Перспективы развития Кольской энергосистемы. Они связаны, в первую очередь, с развитием атомной энергетики. Существенное значение может иметь дальнейшее развитие гидроэнергетики, а также возобновляемой энергетики (малой гидроэнергетики, ветроэнергетики и приливной энергетики).

Развитие атомной энергетики на территории области до недавнего времени определялось продлением на 15 лет срока эксплуатации первого и второго энергоблоков Кольской АЭС, соответственно, до 2018 и 2019 годов. В настоящее время обоснована возможность продления сроков эксплуатации этих энергоблоков еще на 15 лет, т.е. до 2033 и 2034 гг. [4]. В свою очередь, сроки эксплуатации третьего и четвертого энергоблоков продлены на 25 лет до 2036 и 2039 гг.

Что касается гидроэнергетики, то следует отметить, что наиболее эффективные гидроресурсы Мурманской области уже освоены (58%). Имеющиеся проекты сооружения ГЭС на реках восточной части Кольского полуострова, разработанные в 80-х годах прошлого века, пока не реализуются из экологических соображений (возможного негативного воздействия на окружающую среду). На сегодня развитие гидроэнергетики в регионе компания «ТГК-1» связывает с поддержкой на должном техническом уровне функционирования всех действующих ГЭС.

В Мурманской области может получить развитие малая гидроэнергетика. На Кольском полуострове имеются благоприятные створы как для сооружения системных малых ГЭС, работающих в составе энергосистемы, так и автономных малых ГЭС, работающих в интересах удаленных децентрализованных потребителей. За счет сооружения 11 системных ГЭС на реках Пиренга, Тумча, Умба, Лотта, Ура, Рында, Титовка и Б. Оленка установленная мощность гидроэлектростанций Кольской энергосистемы может быть увеличена на 67 МВт, а выработка - на 320 млн.кВтч [5, 6]. За счет строительства малых автономных ГЭС на Ельреке и Чаваньге эти показатели могут быть дополнительно подняты соответственно на 1,7 МВт и 8 млн.кВтч.

Кольский полуостров располагает огромным потенциалом ветровой энергии, сосредоточенным, главным образом, в прибрежных районах Баренцева и Белого морей [7]. Здесь может получить развитие как системная, так и автономная ветроэнергетика [8]. Системной ветроэнергетике (сооружению ветропарков) может быть положено начало на пяти первоочередных площадках, выбранных вблизи северного побережья Кольского полуострова. Все они находятся сравнительно недалеко от гидроэлектростанций Серебрянского и Териберского каскадов ГЭС, способных компенсировать непостоянство ветра, и это облегчит вписывание энергии от ветропарков в график электрической нагрузки энергосистемы. Мощность ветропарков может составить: 10 МВт на площадке вблизи пос. Лодейное, 10-15 МВт на берегу Верхне-Териберского водохранилища, 50 МВт - около Серебрянской ГЭС-2, 100 МВт - в районе Лиинахамари на крайнем северо-западе региона, 200 МВт - на площадке вблизи 81 км автодороги Мурманск-Териберка (развилка на Туманный). Суммарная мощность этих ветропарков составит около 375 МВт, годовая выработка энергии - свыше 1 млрд.кВтч.

Автономная ветроэнергетика может быть ориентирована на энергоснабжение удаленных децентрализованных потребителей. К их числу

относятся прибрежные метеостанции, маяки, пограничные заставы, рыболовецкие колхозы, объекты Северного флота и др. Внедрение ветроэнергетических установок в местные системы электро- и теплоснабжения (дизельные электростанции, котельные) может способствовать экономии до 30-50% привозного органического топлива.

Говоря о приливной энергетике, следует отметить, что ОАО «РусГидро» на площадке Кислогубской приливной электростанции в 2006 году испытало изготовленное на «Севмаше» в Северодвинске ортогональное рабочее колесо гидроагрегата диаметром 5 м мощностью 1,1 МВт. Проведенные испытания позволили начать сооружение Северной приливной электростанции в Мурманской области. Эта ПЭС располагается в створе губы Долгой (в 6 км западнее Териберки) на северном побережье Кольского полуострова. Мощность Северной ПЭС составит 12 МВт (3 блока по 4 МВт), станция явится прямым прототипом для Мезенской ПЭС в Архангельской области мощностью 8000 МВт.

Выводы

1. Кольская электроэнергетическая система уникальна по своей структуре, она имеет в своем составе одну АЭС, две ТЭЦ, семнадцать ГЭС, одну приливную электростанцию. Большое количество высокоманевренных гидроэлектростанций позволяет успешно покрывать реальный переменный график электрической нагрузки и служит основой для освоения в перспективе высокопотенциальных ветроэнергетических ресурсов региона.

2. Энергосистема вырабатывает в год около 17-18 млрд.кВтч электроэнергии, является энергоизбыточной, способной производить на 2-3 млрд.кВтч больше. Из всей вырабатываемой энергии около 13 млрд.кВтч потребляется внутри Мурманской области, 4,0-4,5 млрд.кВтч передается

в Карелию и далее в ОЭС Северо-Запада, 0,6-0,8 млрд.кВтч экспортируется в Финляндию и Норвегию.

3. Энергосистема располагает развитым электросетевым хозяйством, включающим магистральные системообразующие линии электропередачи напряжением 330 кВ и распределительные сети на напряжение 35-110-150 кВ. Продолжаются работы, направленные на увеличение возможностей транзита энергии в Республику Карелию и далее в ОЭС Северо-Запада.

4. Перспективы развития Кольской энергосистемы связываются с продлением сроков эксплуатации всех четырех блоков Кольской АЭС, поддержанием на должном уровне функционирования всех действующих гидроэлектростанций, дальнейшим развитием приливной энергетики (сооружением Северной ПЭС мощностью 12 МВт), началом освоения высокопотенциальных ветроэнергоресурсов (сооружением ветропарков) в прибрежной зоне Кольского полуострова.

Литература

1. Разработка научных основ эффективного развития энергосбережения, энергоэффективности и использования возобновляемых источников энергии в районах Севера: Отчет о НИР / Центр физико-технических проблем энергетики Севера (ЦФТ ПЭС) Кольского научного центра РАН; Руководитель

В.А. Минин, отв. исполнитель Н.М. Кузнецов, 2-14-2011, № ГР 01201454701, Инв. № АААА-Б17-217020640098-5. -Апатиты, 2016. -234 с.

2. Регионы Северо-Западного федерального округа. Социально-экономические показатели. 2012: статистич. сборник / Комистат. - Сыктывкар, 2013. - 204 с.

3. Использование топливно-энергетических ресурсов в Мурманской области / Федеральная служба государственной статистики / Территориальный орган Федеральной службы государственной статистики по Мурманской области - Мурманск, 2015. - 49 с.

4. Фуртаев А.И., Минин В.А., Якимов М.Ю. Кольская АЭС, её роль в энергетике Кольско-Карельского региона, перспективы развития. // Вестник КНЦ РАН, № 2017/3. -Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2017.

5. Минин В.А., Дмитриев Г.С. Перспективы использования энергии ветра и малых ГЭС в удаленных районах Мурманской области. - Апатиты: Изд. Кольского научного центра РАН, 2007. -97 с.

6. Минин В.А. Перспективы развития возобновляемой энергетики в зонах децентрализованного энергоснабжения Мурманской области. // Труды КНЦ РАН. Серия Энергетика. Вып. 4, №1/2012(8). -Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2012. -С.110-122.

7. Энергия ветра - перспективный возобновляемый энергоресурс Мурманской области / Минин В.А., Дмитриев Г.С., Иванова Е.А. и др. Препринт. - Апатиты: Изд. Кольского научного центра РАН, 2006. -73 с.

8. Минин В.А. Перспективы внедрения возобновляемых источников энергии в топливно-энергетический баланс Мурманской области. // Труды КНЦ РАН. Серия Энергетика. Вып. 5, №3/2012(10). -Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2012. -С.105-Ш.

Сведения об авторе

Минин Валерий Андреевич,

заведующий лабораторией энергосбережения и возобновляемых источников энергии

Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН, к.т.н.

Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А

эл. почта: minin@ien.kolasc.net.ru