Першу електростанцію на території українських земель побудували1 в Києві у 1890 році. А вже через 38 років скликали2 перший Всеукраїнський енергетичний з’їзд для обговорення масштабної електрифікації України. За цим проєктом — планом відбудови й розвитку економіки радянської Росії на основі електрифікації — майже третину нових енергетичних потужностей СРСР планували побудувати саме в Україні. Так основи української енергосистеми заклалися ще в радянські часи.
Ще три роки тому, у 2020 році, в українській енергетиці працювали3 3% населення, а сама галузь посідала перше місце за обсягом сплачених податків (25%). Тож як працює українська енергосистема, що робить її стійкою та які корективи в її роботу внесла війна? Дізнатися відповіді на ці питання нам допоміг директор із розвитку бізнесу YASNO Олександр Онищенко.
Цей матеріал створено за підтримки бренду YASNO, який постачає електроенергію більш як трьом мільйонам українців. Ми звикли, що електрика у розетках є завжди. Та обстріли енергетичної системи показали, що це не так. Проте завдяки зусиллям енергетиків українські домівки отримували струм навіть у найважчі часи. У цій серії подкастів разом з YASNO ми пояснюємо, як працює енергосистема України й чому без електроенергії неможливий сучасний світ.
Від електростанції до розетки
Перш ніж освітити наші домівки, електроенергію потрібно виробити й доставити. Це можливо завдяки елементам інфраструктури, які і є складовими енергетичної системи України. До них належать електростанції, які виробляють електроенергію (це знайомі нам абревіатури АЕС, ТЕС та інші), а також магістральні й локальні електромережі. Вони забезпечують транспортування та розподіл електроенергії між споживачами. Чим же вони відрізняються?
Магістральні електромережі передають струм напругою від 110 до 750 кіловольт. Ними опікується Укренерго. Саме ці велети ми бачимо серед поля, коли подорожуємо. Від магістральних електромереж електроенергія потрапляє до регіональних мереж. Їх ще називають операторами системи розподілу, або обленерго. Наприклад, у Києві це Київські електромережі. Такі компанії також встановлюють і обслуговують лічильники, приймають показники й визначають обсяги спожитої електроенергії.
Тільки-но уявіть: загальна протяжність робочих ліній електропередачі в Україні у 2021 становила4 понад вісімсот тисяч кілометрів, за даними Міністерства енергетики. Для порівняння, відстань від Землі до Місяця у середньому становить близько 384 400 кілометрів. Тобто протяжність українських електромереж перевищує відстань до Місяця більш ніж у два рази.
З іншого боку, в Україні багато ліній електропередач зношені й потребують заміни або реконструкції. Наприклад, у 2021 році в Міністерстві енергетики зазначали, що 61% основного обладнання електропідстанцій та майже 5% від загальної довжини повітряних ліній електропередач повністю спрацювали свій ресурс. Але кожного року електромережі модернізуються: проводяться ремонтні роботи та встановлюється автоматика.
Перш ніж транспортувати електроенергію електромережею, потрібно підвищити її напругу з допомогою трансформатора. Бо відстані, на які передається електроенергія, такі великі, що коли цього не зробити, то дроти чи кабелі, якими вона передається, перегріваються, і втрачається багато енергії. Як ми розповідали в попередньому епізоді, висока напруга забезпечує меншу силу струму, а значить, і менші втрати енергії через тепло, що утворюється в провідниках.
Та перед тим як електроенергія потрапить до споживачів, її напругу потрібно знизити. Адже жодні розетки не витримають тисячі вольт. Зазвичай на великі підприємства надходить струм напругою 110–150 кіловольт, на менші підприємства — 35 кіловольт, а на підстанцію, яка забезпечує електроенергією житловий масив або район, — 10 кіловольт. На таких підстанціях напруга знижується до 380 або 220 вольт і подається у розподільчий щиток будинку, а отже і в наші розетки. За останнє — розподіл електроенергії між прибудинковими територіями й квартирами, — зазвичай відповідають ОСББ, ЖКГ або інша компанія, яка обслуговує ваш будинок.
У пошуках балансу
Складність у роботі енергетичної системи — у тому, що кожної миті має вироблятися стільки електроенергії, скільки споживається, і навпаки. Це головна відмінність електроенергії від, наприклад, водних ресурсів, які можна накопичувати. Якщо в енергосистемі виникає дисбаланс, то електромережі й трансформатори починають «горіти», а автоматика вимикає передачу електрики. Тому вся система має бути синхронізована.
Це можливо завдяки тому, що в нас є «базова» генерація електроенергії та «маневрена». В Україні базова електроенергія — атомна. І хоча атомні електростанції виробляють багато електроенергії, вони не можуть швидко змінювати обсяги генерації. Атомні станції мають свої технологічні обмеження. Через роботу з ядерним паливом зміни в режимі або незаплановані вимкнення можуть мати серйозні наслідки для безпеки та експлуатації реактора. До того ж атомні реактори призначені для стабільної роботи на високих потужностях протягом тривалого періоду. І щоб підготуватися до їх запуску та зупинки, потрібен час. Зазвичай атомної електроенергії достатньо, щоб забезпечити базове споживання по всій Україні.
Але потреба в електроенергії змінюється протягом доби, тижня, пори року. Так, у будні дні години пікового навантаження припадають на ранок із 8 до 11 і на вечір із 5 до 10. Щоб збалансувати енергосистему, використовують маневрені види генерації, як-от теплову чи гідро. Такі електростанції більш гнучкі. Вони можуть працювати в різних режимах. Наприклад, пів доби виробляти електроенергію, потім зупинитися, перепочити й виробляти далі. Завдяки такій гнучкості вони забезпечують коливання між споживанням електроенергії в ранкові й вечірні години, у будні та вихідні дні.
У 2021 році за даними Міненергетики атомні електростанції згенерували5 55,1% електроенергії, ТЕС та ТЕЦ — 29,2%, ГЕС та ГАЕС — 6,7% і 1% — інші джерела. Але через війну у 2022 році виробництво електричного струму з усіх джерел енергії, крім води, скоротилося через обстріли, руйнування інфраструктури та окупацію, зокрема Запорізької атомної електростанції. Такого висновку дійшла6 команда медіа Texty.org.ua, яка проаналізувала відкриті дані Міжнародного енергетичного агентства та Укренерго на момент публікації їхнього матеріалу наприкінці жовтня 2022 року. Та повної картини ми поки не знаємо, бо Міністерство енергетики у 2022 році не публікувало свої дані.
Тому щоб збалансувати українську енергосистему, усе, що могли, витискали з гідроелектростанцій. Вони найбільш гнучкі через те, що воду можна накопичувати та подавати регульовано на турбіни, які стоять, наприклад, на річках. Інші альтернативні джерела енергії — сонце й вітер — залежать від погодних умов, пори року та території. Тому їх використання теж потребує своїх схем балансування.
Тепер, коли ми знаємо, як електростанції забезпечують нас електрикою в різний час, стає зрозуміло, чому постачальники електроенергії конкурують між собою. Вони постійно намагаються знайти той мікс генерації, який забезпечить потреби їхніх клієнтів. За своєю суттю, український ринок орієнтується на забезпечення попиту й пропозиції електроенергії на добу наперед. Тобто щодня приблизно до 12 години виробники електроенергії кажуть, скільки вони готові продати, а постачальники подають свої заявки на купівлю. Хоча є й виробники, які приймають на себе ризики і встановлюють ціну на період дії контракту з постачальником.
У Європі комерційний ринок електроенергії більш досконалий. Там можна укласти контракт на місяць, пів року чи на два роки наперед. Ще в Європі більш усталені умови укладання таких договорів, а також фінансова відповідальність за їх невиконання.
Стійкість енергосистеми України
Що більш вміло ми балансуємо між виробництвом і споживанням базової і маневреної електроенергії, то стійкішою є наша енергосистема. Зробити її ще більш стійкою можна завдяки міждержавним перетинам для передачі електроенергії і новітнім технологічним розробкам. Погляньмо на ці два елементи детальніше.
Коли ми говоримо про міждержавні перетини, важливо відрізняти технічне балансування, що відбувається за згодою системних операторів енергосистем різних країн, і комерційний експорт/імпорт. Певний час через обстріли Росією енергетичної інфраструктури комерційний експорт електроенергії з України до Європейського Союзу призупинили7. Але на початку весни 2023 року ситуація стабілізувалися, звичні обсяги генерації електроенергії відновилися і навіть сформувався резерв. Тому у квітні експорт електроенергії відновився8.
Але ми не завжди могли вільно імпортувати та експортувати електроенергію до ЄС. Це стало можливим завдяки синхронізації української енергетичної системи з європейською ENTSO-E у березні 2022 року. До такої енергетичної незалежності від Росії та Білорусі ми йшли роками. Вперше Україна подала9 заявку на приєднання до європейської енергетичної системи ще у 2006 році, а підписала договір у 2017.
Спробою на шляху до цього став Бурштинський енергоострів. Це умовна частина енергосистеми України, яка, на відміну від решти електромереж, була синхронізована з європейськими електромережами сусідніх країн і давала нам змогу експортувати/імпортувати електроенергію. Сам енергоострів створили у 2002 році в межах Закарпатської, Івано-Франківської та Львівської областей. Це був тестовий режим нашої синхронізації з Європою, що розтягнувся на роки. Його успішне функціонування принесло нам досвід енергетичної співпраці з Європою та впровадження їхніх стандартів роботи та безпеки. Після повної синхронізації з енергосистемою ЄС Бурштинський енергоострів припинив своє існування.
Та повернімося до стійкості енергосистеми. Одним лише імпортом складно врятувати ситуацію, коли в країні масштабні аварійні вимкнення електроенергії, як це було під час блекауту. Не можна сказати, що коли вся електрогенерація в Україні припиниться, то європейські сусіди забезпечать нам світло, наприклад, у Вінницькій області. Тут є свої технічні обмеження та умови. Наприклад, щоб оператори різних країн мали певні резерви, знали потужності своїх сусідів і за потреби могли під час аварії запросили резерв у сусіда.
Є ще один новітній інструмент для балансування електроенергії — це energy storage. Такі собі великі павербанки, які дають змогу накопичувати енергію. Наприклад, energy storage, який Ілон Маск побудував у Австралії. Він може накопичуват10 стільки електроенергії, скільки потрібно для забезпечення 30 000 будинків протягом восьми годин. Це рішення дає змогу не тільки автоматично забезпечувати баланс енергосистеми у випадку аварії, а й накопичувати та експортувати надлишки електроенергії за кордон.
У лютому до початку гарячої фази війни Верховна Рада прийняла11 законпроєкт про розвиток таких систем заощадження електроенергії. Будемо спостерігати, як розвиватиметься цей напрям в Україні. Загалом це дороге задоволення. Такі стореджі тільки почали розвиватися в Європі та у світі загалом. Обнадіює те, що технології для зберігання електроенергії стрімко розвиваються й з роками ціни стають доступнішими.
