Единая энергетическая система России

ЕЭС России охватывает практически всю обжитую территорию страны и является крупнейшим в мире по протяженности^[5] централизованно управляемым энергообъединением. В настоящее время ЕЭС России включает в себя 75^[4] энергосистем на территории 81 субъектов Российской Федерации^[6][7], входящих в состав 7^[4] работающих параллельно объединённых энергетических систем (ОЭС) — ОЭС Востока, Центра, Юга, Северо-Запада, Средней Волги, Урала и Сибири.

Долгое время ЕЭС России состояло из двух зон, не работающих друг с другом синхронно — то есть не синхронизированных по частоте. В первую входили энергосистемы: Сибири, Урала, Средней Волги, Юга, Центра и Северо-Запада. Во вторую — ОЭС Дальнего Востока. Электрические связи между ними существовали еще с середины 1980-х годов — это три линии 220 кВ вдоль Транссибирской и Байкало-Амурской магистралей. Однако совместная работа была невозможна по целому ряду причин, включая недостаточный уровень развития автоматики^[8]. В 2020-х годах связи удалось восстановить благодаря строительству и последующему расширению нефтепроводов и газопроводов за счет увеличения перекачивающих станций, а также программы интенсивного восстановления и развития пропускной способности БАМа потребовавших развития ЛЭП, связавших две отдельные зоны.

Энергосистемы Белоруссии, России, Эстонии, Латвии и Литвы образуют так называемое «Электрическое кольцо БРЭЛЛ», работа которого координируется в рамках подписанного в 2001 году Соглашения о параллельной работе энергосистем БРЭЛЛ. Эстония, Латвия и Литва провели ряд консультаций и в сентябре 2017 года приняли решение о выходе из БРЭЛЛ к 2025 году.

Принципы централизации выработки электроэнергии и концентрации генерирующих мощностей на крупных районных электростанциях были заложены ещё при реализации плана ГОЭЛРО. Развитие электроэнергетики СССР в 1930-е годы характеризовалось началом формирования энергосистем. В 1926 году в Московской энергосистеме была создана первая в стране центральная диспетчерская служба (ЦДС, в настоящее время ЦДС носят названия Региональных диспетчерских управлений и имеют статус филиалов ОАО «СО ЕЭС»). К 1935 году в стране работало шесть энергосистем, в том числе Московская, Ленинградская, Донецкая и Днепровская. Первые энергосистемы были созданы на основе ЛЭП напряжения 110 кВ, за исключением Днепровской, в которой использовались линии напряжения 154 кВ, принятого для выдачи мощности Днепровской ГЭС.

Проект ГОЭЛРО положил основу индустриализации в России. План, в основном, был перевыполнен к 1931 году. Выработка электроэнергии в 1932 году по сравнению с 1913 годом увеличилась не в 4,5 раза, как планировалось, а почти в 7 раз: с 2,0 до 13,5 млрд кВт·ч.

В 1942 году для координации работы трёх районных энергетических систем: Свердловской, Пермской и Челябинской было создано первое Объединённое диспетчерское управление — ОДУ Урала. В 1945 году было создано ОДУ Центра.

В начале 1950-х годов было начато строительство каскада гидроэлектростанций на Волге. В 1956 году объединение энергосистем Центра и Средней Волги линией электропередачи 400 кВ «Куйбышев — Москва», обеспечивавшей выдачу мощности Куйбышевской ГЭС, обозначило начало формирования Единой энергосистемы СССР. Последовавшее строительство ЛЭП 500 кВ от каскада Волжских ГЭС обеспечило возможность параллельной работы энергосистем Центра, Средней и Нижней Волги и Урала и завершило первый этап создания Единой энергетической системы.

В июле 1962 году было подписано соглашение о создании в Праге Центрального диспетчерского управления (ЦДУ) энергосистем Болгарии, Венгрии, ГДР, Польши, СССР, Румынии и Чехословакии. Это соглашение привело к созданию крупнейшей на планете энергосистемы «Мир» (установленная мощность электростанций более 400 ГВт).

В 1967 году на базе ОДУ Центра было создано Центральное диспетчерское управление (ЦДУ) ЕЭС СССР, принявшее на себя также функции диспетчерского управления параллельной работой энергосистем ОЭС Центра.

В 1970 году к ЕЭС была присоединена ОЭС Закавказья, а в 1972 году — ОЭС Казахстана и отдельные районы Западной Сибири.

В 1978 году ОЭС Сибири была присоединена к ЕЭС СССР.

В 1988 году ОЭС Востока была присоединена к ЕЭС СССР.

К 1990 году в состав ЕЭС СССР входили 9 из 11 энергообъединений страны, охватывая 2/3 территории СССР, на которых проживало более 90 % населения.

В ноябре 1993 г. из-за большого дефицита мощности на Украине был осуществлён вынужденный переход на раздельную работу ЕЭС России и ОЭС Украины, что привело к раздельной работе ЕЭС России с остальными энергосистемами, входящими в состав энергосистемы «Мир». В дальнейшем параллельная работа энергосистем, входящих в состав «Мира», с центральным диспетчерским управлением в Праге не возобновлялась.

После распада СССР электрические связи между некоторыми энергообъединениями в составе ЕЭС России стали проходить по территории независимых государств и электроснабжение части регионов оказалось зависимым от этих государств (связи 500—1150 кВ между ОЭС Урала и Сибири, проходящие по территории Казахстана, связи ОЭС Юга и Центра, частично проходящие по территории Украины, связи ОЭС Северо-Запада с Калининградской энергосистемой, проходящие по территории стран Балтии).

До 1 июля 2008 года высшим уровнем в административно-хозяйственной структуре управления электроэнергетической отраслью являлось ОАО «РАО ЕЭС России».

31 мая 2008 года состоялось последнее собрание акционеров единой энергетической компании России. РАО ЕЭС России распалась на 23 независимые компании, лишь две из них — государственные^[9].

Оперативно-диспетчерское управление ЕЭС России осуществляет АО «СО ЕЭС».

Постановлением Правительства РФ от 11.07.2001 № 526 «О реформировании электроэнергетики Российской Федерации» Единая энергетическая система России признана «общенациональным достоянием и гарантией энергетической безопасности» государства. Основной её частью «является единая национальная энергетическая сеть, включающая в себя систему магистральных линий электропередачи, объединяющих большинство регионов страны и представляющая собой один из элементов гарантии целостности государства». Для её «сохранения и укрепления, обеспечения единства технологического управления и реализации государственной политики в электроэнергетике» было предусмотрено создание ОАО «ФСК ЕЭС». В постановлении Правительства Российской Федерации от 26.01.2006 № 41 были утверждены критерии отнесения к ЕНЭС магистральных линий электропередачи и объектов электросетевого хозяйства. Следует отметить, что в других нормативных документах аббревиатура ЕНЭС расшифровывается как «Единая национальная электрическая сеть», что является более правильным с технической точки зрения.

Большинство тепловых электростанций России находятся в собственности семи ОГК (оптовые генерирующие компании) и четырнадцати ТГК (территориальные генерирующие компании). Большая часть производственных мощностей гидроэнергетики сосредоточена в руках компании ПАО «РусГидро».

Эксплуатирующей организацией АЭС России является АО «Концерн Росэнергоатом».

Реформирование электроэнергетики подразумевало создание в России оптового и розничных рынков электрической энергии. Деятельность по обеспечению функционирования коммерческой инфраструктуры оптового рынка, эффективной взаимосвязи оптового и розничных рынков, формированию благоприятных условий для привлечения инвестиций в электроэнергетику, организации на основе саморегулирования эффективной системы оптовой и розничной торговли электрической энергией и мощностью осуществляет некоммерческое партнёрство «Совет рынка». Деятельность по организации торговли на оптовом рынке, связанная с заключением и организацией исполнения сделок по обращению электрической энергии, мощности и иных объектов торговли, обращение которых допускается на оптовом рынке, осуществляет коммерческий оператор оптового рынка — АО «Администратор торговой системы оптового рынка электроэнергии» (АО «АТС»).

ЕЭС России располагается на территории, охватывающей 8 часовых поясов. Необходимостью электроснабжения столь протяжённой территории обусловлено широкое применение дальних электропередач высокого и сверхвысокого напряжения. Системообразующая электрическая сеть ЕЭС (ЕНЭС) состоит из линий электропередачи напряжения 220, 330, 500 и 750 кВ. В электрических сетях большинства энергосистем России используется шкала напряжений 110—220 — 500—1150 кВ. В ОЭС Северо-Запада и частично в ОЭС Центра используется шкала напряжений 110—330 — 750 кВ. Наличие сетей напряжения 330 и 750 кВ в ОЭС Центра связано с тем, что сети указанных классов напряжения используются для выдачи мощности Калининской, Смоленской и Курской АЭС, расположенных на границе использования двух шкал напряжений. В ОЭС Юга определённое распространение имеют сети напряжения 330 кВ. На территории Мурманской области широко применяется напряжение 150 кВ.

ОЭС, входящие в состав ЕЭС России, имеют различную структуру генерирующих мощностей, значительная часть энергосистем не сбалансирована по мощности и электроэнергии. Основу российской электроэнергетики составляют около 600 электростанций суммарной мощностью 263,1^[4] ГВт, работающих в составе ЕЭС России. На долю тепловых электростанций приходится 65 %^[4]. Из них 55 % мощностей составляют теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), а 45 % — конденсационные электростанции (КЭС). Мощность гидравлических (ГЭС), в том числе гидроаккумулирующих (ГАЭС) электростанций составляет 19,1 %^[4] установленной мощности электростанций России. Мощность атомных электростанций составляет 13,5 %^[4] установленной мощности электростанций страны.

По выработке распределение следующее: ТЭС — 62,8 %, АЭС — 19,2 %, ГЭС — 17,2 %, ВЭС — 0,6 %, СЭС — 0,2 %.^[4]

Для ЕЭС России характерна высокая степень концентрации мощностей на электростанциях. На тепловых электростанциях эксплуатируются серийные энергоблоки единичной мощностью 500 и 800 МВт и один блок мощностью 1200 МВт на Костромской ГРЭС. Единичная мощность энергоблоков действующих АЭС достигает 1200 МВт.

Параллельная работа электростанций в масштабе Единой энергосистемы позволяет реализовать следующие преимущества^[10]:

• снижение суммарного максимума нагрузки ЕЭС России на 5 ГВт;
• сокращение потребности в установленной мощности электростанций на 10-12 ГВт;
• оптимизация распределения нагрузки между электростанциями в целях сокращения расхода топлива;
• применение высокоэффективного крупноблочного генерирующего оборудования;
• поддержание высокого уровня надёжности и отказоустойчивости энергетических объединений.

Совместная работа электростанций в Единой энергосистеме обеспечивает возможность установки на электростанциях агрегатов наибольшей единичной мощности, которая может быть изготовлена промышленностью, и укрупнения электростанций. Увеличение единичной мощности агрегатов и установленной мощности электростанций имеет значительный экономический эффект.

Одной из серьёзных проблем функционирования ЕЭС является слабость межсистемных, а иногда и системообразующих связей в энергосистеме, что приводит к «запиранию» мощностей электрических станций^[11]. Слабость межсистемных связей в ЕЭС обусловлена её территориальной распределённостью. Ограничения в использовании связей между различными ОЭС и большинства наиболее важных связей внутри ОЭС определяются в основном условиями статической устойчивости; для ЛЭП, обеспечивающих выдачу мощности крупных электростанций, и ряда транзитных связей определяющими могут быть условия динамической устойчивости.

Второй важной проблемой является малое использование солнечной генерации для покрытия сформировавшихся дневных летних пиков. Особенно на фоне соседних энергосистем ENTSO-E и Китая, отставание от которых достигает двух порядков.

С октября 2022 года по декабрь 2024 года действовал механизм экономии ресурса газотурбинных установок (ПГУ/ГТУ) иностранного производства^[12][13], позволяющий сохранять остаточный парковый ресурс ГТУ за счёт включения в работу с последним приоритетом. Право экономии ресурса при этом оплачивается снижением платы за мощность до 10 %.

Перспективы развития вытекают из решения недостатков:

• повышения связанности отдельных энергосистем,
• строительства новых ЛЭП к электростанциям на удаленных месторождениях для утилизации ПНГ,
• развитие связей Востока и Запада с одновременной электрификацией БАМа и строительством генерации вдоль протяженных ЛЭП для обеспечения регулировки, в частности Южно-Якутской ТЭС,
• использование солнечной генерации для покрытия дневных летних пиков в дефицитной ОЭС Юга^[14][15].