The Modelling of Power System of Ukraine Development for Assessment of Nationally Determined Contribution of Ukraine to the Paris Agreement

Ukraine is obligated to adopt Nationally Determined Contribution to the Paris Agreement (NDC2) in 2021 for a period up to 2030 as a percent of 1990, requiring correct projection of green-houses gases (GHG) emissions first of all in key categories, one of that is heat and electricity production by th...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2021
Автори та афіліації:
  • Kostyukovskyi B.A.
Ключові слова:keywords
Автор: Kostyukovskyi B.A.
Формат: Стаття
Мова:Українська
Опубліковано: General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2021
Теми:
Онлайн доступ:https://systemre.org/index.php/journal/article/view/779
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:System Research in Energy
Завантажити файл: Pdf

Репозитарії

System Research in Energy
_version_ 1871104290346500096
author Kostyukovskyi B.A.
author_facet Kostyukovskyi B.A.
author_institution_txt_mv [ { "author": "Kostyukovskyi B.A.", "institution": null } ]
author_sort Kostyukovskyi B.A.
baseUrl_str https://systemre.org/index.php/journal/oai
collection OJS
datestamp_date 2026-07-18T12:57:46Z
description Ukraine is obligated to adopt Nationally Determined Contribution to the Paris Agreement (NDC2) in 2021 for a period up to 2030 as a percent of 1990, requiring correct projection of green-houses gases (GHG) emissions first of all in key categories, one of that is heat and electricity production by thermal power plants (TPP) and combined heat and electricity production (CHP) which are burning organic fuel.The Ministry of environment protection and natural resources of Ukraine (MEP) proposed GHG reduction of 65% compared to 1990 which is about 3.2% lower compared to 2018, and there is a very ambitious goal taking into account desired rapid Ukrainian economic growth. To assess the reliability of this proposal the appropriate modeling GHG emission reduction from TPP and CHP was made and presented in the article.The modelling was made taking into account methodological approaches of TIMES-Ukraine modeling system, which is the basic tool for assessment of GHG reduction potential in Ukraine for MEP, and also alternative one used in BACS-RVE modeling tool, which was used for calculations for "Generation Adequacy report" which was developed by Ukrainian transmission system operator "Ukrenergo". The analysis of the modeling results showed that neglecting in the methodology used in TIMES-Ukraine the operation modes of generation and required levels of power grid balance reliability indicators does not allow fully adequately project power system development.The modeling results using BACS-RVE modeling tool showed that the reference case scenario of generation development (according to the TIMES-Ukraine) could be feasible under the condition that GHG emission tax should not be less than 100 EUR per tonne of CO2eqv, and potentially will cause the increase of electricity price. Another important result obtained using BACS-RVE is that GHG emission level for 2030 is higher compared to the reference case scenario, hence additional modeling and discussion of results are required to ensure well-grounded GHG emission projection which will allow reviewing NDC obligation for the power sector of Ukraine.
doi_str_mv 10.15407/pge2021.02.028
first_indexed 2026-03-24T02:03:02Z
format Article
fulltext 28 Б.А. КОСТЮКОВСЬКИЙ ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2021, issue 2(65) ISSN 2522-4344 (Online), ISSN 1562-8965 (Print). The problems of general energy, 2021, 2(65): 28–35 doi: https://doi.org/10.15407/pge2021.02.028 Україна, як Сторона Рамкової конвенції ООН про зміну клімату та Кіотського протоколу, має реагувати на глобальні кліматичні виклики та здійснювати відповідні заходи з їх запобігання. У вересні 2015 р. було схвалено очікуваний націо- нально-визначений внесок України [1, 2]. Після набуття чинності Паризької угоди [3] зазначений внесок було визнано Першим національно ви- значеним внеском України. Відповідно до цього документу, Україна взяла на себе зобов’язання не перевищити у 2030 р. 60% рівня викидів пар- никових газів (ПГ) у 1990 р. На виконання пунк- ту 9 статті 4 Паризької угоди, на початку квітня 2021 р. Міністерство захисту довкілля та при- родних ресурсів України (Міндовкілля) оприлюд- нило проєкт Другого національно визначеного внеску (НВВ2) [4, 5], згідно з яким Україна бере на себе зобов’язання досягти значно амбітніших цілей щодо скорочення викидів ПГ у 2030 р. – на 65% від рівня 1990 р. Особливістю є те, що після прийняття НВВ2, у майбутньому зобов’язання щодо обсягів вики- дів ПГ можуть бути зміненні виключно у сто- рону зменшення можливостей по їх викидам, що передбачено Паризькою угодою (пункти 3 та 11 статті 4). Хоча на сьогодні не передбачено штрафних санкцій для країн, які будуть нездат- ні виконати добровільно прийняті зобов’язання з обмеження викидів ПГ, але вони не зможуть розраховувати на участь у передбачених Па- ризькою угодою механізмах, зокрема наведених у статті 6 цієї угоди. Поряд з цим, в перспек- тиві не можна виключати введення фінансових штрафних санкцій за порушення добровільно прийнятих на себе зобов’язань. Тому корек- тність обґрунтування НВВ2 має дуже велике значення, бо прийнявши занадто амбітні цілі, Україна у майбутньому може отримати низку викликів, зокрема: - надмірно обмежені обсяги викидів ПГ, які щорічно зможе здійснити Україна, можуть стати фактором, що стримуватиме розвиток вітчизняної економіки. - відсутність фінансових можливостей щодо забезпечення реалізації політики декарбонізації економіки та реалізації відповідних заходів, які повинні бути представлені у Національному інте- грованому плані з енергетики та клімату (НПЕК) [6]. Невиконання відповідних заходів стане пору- шенням міжнародних зобов’язань України. УДК 620.9:519.8:339.9:504 Б.А. КОСТЮКОВСЬКИЙ, канд. техн. наук, ст. наук. співр., ORCID: 0000-0001-7123-3096 ГО «Бюро комплексного аналізу та прогнозів», вул. Артема, 60, м. Київ, 04050, Україна МОДЕЛЮВАННЯ РОЗВИТКУ ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИЧНОЇ СИСТЕМИ УКРАЇНИ ДЛЯ ОБҐРУНТУВАННЯ ДРУГОГО НАЦІОНАЛЬНО ВИЗНАЧЕНОГО ВНЕСКУ ЩОДО ОБМЕЖЕННЯ ВИКИДІВ ПАРНИКОВИХ ГАЗІВ Однією з важливих задач при прогнозуванні розвитку об’єднаної електроенер- гетичної системи (ОЕС) України є оцінка обсягів викидів парникових газів (ПГ) у перспективі за різних сценаріїв її розвитку. Ця задача має ключове значення при обґрунтуванні можливості та доцільності прийняття країною зобов’язань щодо обмеження обсягів викидів ПГ у перспективі. Її вирішення потребує ко- ректного моделювання розвитку та функціонування ОЕС України. На сьогодні Міністерство захисту довкілля та природних ресурсів України у проєкті Другого національно визначеного внеску, розробленого згідно Паризької угоди, реко- мендувало прийняти зобов’язання скоротити викиди ПГ на 65% від обсягів їх викидів у 1990 р. Враховуючи високу вартість прийняття недостатньо виважено- го рішення, були проведені дослідження по оцінці обсягу викидів для двох сце- наріїв розвитку електроенергетики, результати яких наведені у статті. На осно- ві аналізу отриманих результатів моделювання були зроблені висновки щодо необхідності перегляду рекомендацій Міністерства. К л ю ч о в і с л о в а: ел е ктроенергетична система, парникові гази, моделюван- ня, графік електричних навантажень, балансова надійність. © Б.А. КОСТЮКОВСЬКИЙ, 2021 29 Моделювання розвитку електроенергетичної системи України для обґрунтування Другого національно визначеного внеску щодо обмеження викидів парникових газів ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2021, issue 2(65) Відповідальним за обґрунтування НВВ2 є Міндовкілля [7], яке в якості пропозиції визна- чило скорочення викидів ПГ на 65% від обсягів їх викидів у 1990 р., тобто, рекомендує прийняти НВВ2 на рівні 34,8%, що приблизно на 3,2% ниж- че, ніж у 2018 р., і що є дуже амбітними цілями в контексті необхідності прискореного розвитку економіки країни та фактично повної кореляції зміни викидів ПГ зі змінами ВВП в Україні [8]. Такі пропозиції базуються на результатах проєкту «Підтримка Уряду України з оновлен- ня НВВ» (надалі — Проєкт), який виконується в межах технічної допомоги Україні та впрова- джується Європейським банком реконструкції та розвитку (EBRD) за фінансової підтримки Між- народного агентства розвитку Швеції (SIDA) [9]. Матеріали з результатами виконаного при реалі- зації Проєкту моделювання розміщенні на сайті Міндовкілля [5, 10]. Згідно результатів моделювання з викорис- танням моделі TIMES-Україна [11] визначено, що найбільш ефективним рішенням з розвитку енергетичного комплексу країни в період 2021– 2030 рр. є впровадження потужностей на базі від- новлюваних джерел енергії (ВДЕ) у обсязі близь- ко 17 ГВт та доведення виробництва електроенер- гії з використанням ВДЕ та атомної генерації до 80% від загальної генерації електроенергії на рів- ні 2030 р. [8]. При цьому викиди ПГ від теплових електростанцій (ТЕС) та теплоелектроцентралей (ТЕЦ), які працюють на викопному паливі, пови- нні становити 35,9 млн т в еквіваленті СО2 [12] для комбінованого сценарію, який прийнято за осно- вний при обґрунтуванні НВВ2. Саме таке значне зниження викидів ПГ в електроенергетичному комплексі є одним з ключових факторів обґрунту- вання амбітних цілей для визначення НВВ2. Але модель TIMES-Україна не дозволяє за- безпечити коректне формування енергетичних балансів через специфіку моделювання електро- енергетики, що обумовлено наступним. З огляду на підхід до побудови моделі TIMES-Україна в ній використовуються баланси виробництва-спо- живання електроенергії: nt n N P nt tk W , (1) де n – індекс технології виробництва електро- енергії, n N t – індекс розрахункового етапу, рік; Pnt – встановлена потужність технології n у відповідний етап розрахункового періоду t, на яку накладаються обмеження згори (нові) та знизу (іс- нуючі) на технології виробництва електроенергії та з керованого управління попитом, ГВт; knt – ко- ефіцієнт використання встановленої потужності (КВВП), який задається для кожної технології n на етапі t при моделюванні в TIMES-Україна [13], безрозмірнісна величина; Wt – обсяг виробництва електроенергії у відповідний етап t розрахунково- го періоду, млрд кВт·год. Розрахунки в моделі TIMES-Україна викону- ються із забезпеченням мінімізації витрат на ви- робництво енергії, зокрема, також і електроенергії: nt n N L ntP minnt tk W , (2) де Lnt – повна приведена вартість електроенергії за життєвий цикл – Levelised Cost of Energy (LCOE) або інший, подібний витратний показник, який характеризує витрати на виробництво електро- енергії в залежності від техніко-економічних по- казників технології n та КВВП на етапі t. Таке моделювання розвитку електроенерге- тичного комплексу базується на апріорі визна- ченому КВВП, який можна розрахувати лише за результатами оптимізації розвитку електроенер- гетичного комплексу, бо визначення перспектив- ної структури генеруючої потужності та потуж- ності технологій з керованого управління попи- том базується на моделюванні покриття графіків електричних навантажень з урахуванням вимог балансової надійності [14]. В цьому контексті використання LCOE в якості критерію оптимі- зації розвитку та функціонування електроенер- гетичного комплексу принципово неможливо. Більш того, використовувати LCOE можна лише при порівнянні ефективності реалізації проєктів з розвитку генерації з гарантованою потужністю, для якої попередньо визначені очікувані режими роботи у перспективі. Тому аргумент, що швид- ке зниження LCOE у генерації з негарантованою потужністю (вітрові (ВЕС) та сонячні (СЕС) електростанції) обумовлює необхідність їх при- скореного впровадження, є помилковим. При ви- значенні доцільних рівнів розвитку ВЕС та СЕС, які є електростанціями з негарантованою потуж- ністю (ЕНП), необхідно враховувати природно- кліматичні умови тієї чи іншої країни, які визна- чають типові профілі генерації ВЕС та СЕС, про- гнозні не тільки рівні, але й режими споживання електроенергії, існуючу структуру генеруючої потужності та маневрові можливості енергосис- теми, вимоги балансової надійності, тощо. Підхід до моделювання енергетичної систе- ми країни, який застосований в моделі TIMES- Україна, практично не враховує ані специфіку вітчизняної енергосистеми, ані природно-кліма- тичні умови країни, які є не сприятливими для розвитку ЕНП, бурхливий розвиток яких в період 2018 – 2020 рр. був обумовлений виключно надан- ням їм величезних преференцій. Цей підхід фак- тично є «універсальним» з точки зору можливості отримання необхідних результатів за рахунок роз- 30 Б.А. КОСТЮКОВСЬКИЙ ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2021, issue 2(65) рахунку L. Як видно з (1) та (2), до балансу елек- троенергії будуть послідовно включатися техно- логії з мінімальним значенням L до досягнення обмеження згори на можливу їх потужність. Тому включаючи до розрахунку L високі платежі за ви- киди ПГ, накладаючи знизу обмеження на потуж- ність ЕНП та/або приймаючи припущення щодо значного зниження потреби в інвестиціях для їх впровадження, можливо обґрунтувати будь-який рівень їх розвитку. При наведеному вище підході проведене в моделі TIMES-Україна моделювання обґрунто- вує можливість покриття балансів електроенергії головним чином за рахунок електростанцій, що працюють з використанням ВДЕ, у першу чергу це стосується ВЕС та СЕС, та атомних електро- станцій (АЕС), що працюють з високим КВВП. Тому у результаті виконання розрахунків у мо- делі TIMES-Україна необхідна потужність ВЕС та СЕС є дуже великою через те, що вони мають низький КВВП в умовах України: 34–36% та до 13–15% відповідно. Але це усереднений за рік КВВП, тому профілі виробництва електроенергії ВЕС та СЕС: - мають сезонні особливості, зокрема, гене- рація СЕС в опалювальний період значно нижча ніж в неопалювальний; - можуть дуже сильно різнитися, навіть в су- міжні дні, в залежності від конкретних погодних умов. Тому, при переході до моделювання з ви- користанням балансів потужності при покрит- ті добових графіків електричних навантажень (ГЕН), урахування річної, сезонної, тижневої та добової нерівномірності електроспоживан- ня та суттєвої різниці щодо можливості участі електростанцій, що працюють з використанням ВДЕ, у першу чергу це стосується ВЕС та СЕС, в покриті ГЕН, в залежності від конкретних по- годних умов, обумовлює виникнення таких си- туацій. При високому та типовому рівні генерації ВЕС та СЕС, що обумовлює відповідні профілі генерації ними електроенергії, виникає профіцит потужності на певних ступенях ГЕН, а при до- сягненні встановленої потужності ВЕС та СЕС рівня співставного з усередненим максимальни- ми навантаженням споживачів у добових ГЕН, профіцит виникає на всіх ступенях ГЕН для переважної кількості днів протягом року. Це, поряд з економічною недоцільністю переносу потужності ЕНП в період як мінімум найближ- чих 10 років, робить недоцільним використання технологій переносу потужності типу «Power-to- Power», а можливостями його ліквідації є: - обмеження потужності ВЕС та СЕС; - впровадження технологій типу «Power- to-Х», зокрема, для виробництва «зеленого» водню; - обмеження потужності АЕС. При низьких рівнях генерації ВЕС та СЕС, які через специфіку кліматичних умов України при- падають на дні з максимальними навантаженнями в ОЕС України (екстремальна холодна темпера- тура), виникає дефіцит потужності при недостат- ності традиційних генеруючих потужностей на викопному паливі та/або АЕС. Означене обумовлює те, що реальний КВВП СЕС та ВЕС, внаслідок неможливості їх учас- ті у покритті ГЕН через балансові обмеження енергосистеми, суттєво нижчий, ніж при при- йнятих ключових припущеннях у моделі TIMES- Україна, а заміщення не поставленої ними елек- троенергії, тобто покриття ГЕН при низькому рівні потужності ВЕС та СЕС у добових ГЕН, забезпечується традиційними ТЕС на органічно- му паливі. Тобто, необхідною є трансформація балансу (1) в такий баланс: nt n N P ( 1) ( 2)nt n t n t tk W W W , (3) де tnW )1( – недовироблена електроенергія на ВЕС та СЕС за годину t, кВт·год; tnW )2( – додаткове виробництво на ТЕС за годину t, кВт·год. При цьому має виконуватися таке співвідно- шення: tntn WW )2()1( . (4) Враховуючи високу вартість помилки при об- ґрунтуванні НВВ2, були виконанні дослідження з метою оцінки прогнозних рівнів викидів ПГ на рівні 2030 р. для сценарію розвитку електроенер- гетики згідно НВВ2 (СННВ2), сформованому з використанням моделі TIMES-Україна, а також для цільового сценарію (ЦС) розвитку електро- енергетики, наведеному в Звіті з оцінки відпо- відності (достатності) генеруючих потужностей [15]. В якості інструменту використано модель- не та програмне забезпечення комплексу BACS- RVE [14, 16, 17], який наразі підтримується ГО «Бюро комплексного аналізу та прогнозів і був використаний при підготовці Звіту з оцінки від- повідності (достатності) генеруючих потужнос- тей, що розробляється на виконання статті 19 За- кону України про ринок електроенергії [18] НЕК «Укренерго». На відміну від моделі TIMES-Україна, комп- лекс BACS-RVE забезпечує детальне урахування режимних факторів, вимог балансової надійності та специфіки ринкового регулювання діяльності в електроенергетиці. 31 Моделювання розвитку електроенергетичної системи України для обґрунтування Другого національно визначеного внеску щодо обмеження викидів парникових газів ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2021, issue 2(65) В якості критерію оптимізації при моделю- ванні з використанням можливостей комплексу BACS-RVE було прийнято мінімізацію витрат на виробництво електроенергії з урахуванням ефективності експорту та імпорту електроенер- гії, який у спрощеному вигляді формалізується наступним чином: 1 1 1 1 T G N K kgnt t g n k CV kgnt gntP CI gntPI gntCE gnt gntPE CB gntPB 0gntH , (5) де t – етап розрахункового періоду, t = 1÷T; g – індекс доби, g = 1÷G; n – індекс ступені ГЕН, n = 1÷N; k – індекс типу електроустановки, k = 1÷K; CVkgnt, CIgnt, CEgnt, CBgnt – ціна виробництва, імпорту та експорту електроенергії, а також на- дання послуг з балансування на основі систем управління попитом, в розрахунковий етап t, відповідно; Hgnt – тривалість ступені ГЕН n, на якій означені ціни є постійними; Pkgnt, PIgnt, PEgnt, PBgnt – потужність виробництва, імпорту та екс- порту електроенергії, а також надання послуг з балансування, в розрахунковий етап t відповідно. Але в умовах лібералізованих ринків електро- енергії неможливо заздалегідь визначити ціну на електроенергію та обсяги її виробництва. З ураху- ванням означеного, формування критеріїв оптимі- зації здійснювалось на основі наступних припу- щень [14, 19]. Прийняття інвестиційних рішень окремими суб’єктами господарювання стосовно будівни- цтва нових та реконструкції існуючих енергетич- них об’єктів базується на критеріях прибутковості вкладеного капіталу в порівнянні із іншими аль- тернативними можливостями – банківські де- позити або вкладення в інші види господарської діяльності, терміну окупності інвестицій та оцін- ки фінансових ризиків. Лише за умов, коли ціна продажу електроенергії робить такі інвестиції до- цільними для інвесторів за цими критеріями, вони будуть інвестувати кошти в розвиток генеруючих потужностей та заходів з керованого управління попитом. Поряд з цим, доцільність підтримки в роботі існуючих генеруючих потужностей та за- ходів з керованого управління попитом їхніми власниками також буде лише при умові, коли ціна та обсяг продажів електроенергії або послуг з управління попитом, будуть достатніми для їх прибуткової роботи. Така мінімальна ціна є гранично-прийнятною, бо при її зменшенні суб’єкти господарювання бу- дуть відмовлятися від поставок електроенергії на ринок, надання послуг з керованого управління попитом, інвестування в розвиток генеруючих по- тужностей та заходів з управління попитом та під- тримки їх у працездатному стані: kt kt kt kt kt t kt kt kt PR PC UC ICV P PV UV H , (6) t t t t t t t P PR PC UC I CB H , (7) де CVkt – гранична ціна виробництва електроенер- гії в розрахунковий етап t за годину використан- ня встановленої потужності; CBt – гранична ціна послуги з балансування на основі систем управ- ління попитом в розрахунковий етап t за годину використання встановленої потужності; Рt – вста- новлена потужність відповідної технології гене- рації або керованого управління попитом; Ht , Hkt – кількість годин використання встановленої по- тужності; PR, PC, UC, I – питомі прибуток на ка- пітал, умовно-постійні податки (платежі), витрати та інвестиційна складова в ціні на одиницю вста- новленої потужності відповідно; PVkt, UVkt – пито- мі умовно-змінні податки та витрати на одиницю виробленої електроенергії, приведені до кількос- ті годин використання встановленої потужності, відповідно. Виконання умов (6) та (7) є необхідною умо- вою сталої роботи ринку електроенергії. Без їх виконання неможливо забезпечити безпеку поста- чання та операційну безпеку ОЕС України, бо при нижчих цінах власники існуючих енергетичних об’єктів не будуть зацікавлені у продовженні екс- плуатації «надлишкових» для них потужностей, підтримка яких у працездатному стані буде для них збитковою, адже для потенційних інвесторів саме можливість прибуткової роботи є головним критерієм доцільності інвестицій. При моделюванні роботи енергосистеми роз- глядаються 24 годинні ГЕН для характерних діб етапу моделювання – року, а саме – робочі та ви- хідні дні опалювального та неопалювальних сезо- нів та періоду паводка, ГЕН доби мінімальних та максимальних навантажень. Для кожної ступені ГЕН записується баланс потужності між вироб- ництвом та імпортом електроенергії та її спожи- ванням та експортом. Додаткові баланси та обме- ження записуються для кожної ступені ГЕН для оцінки можливості забезпечити виконання вимо- ги «N-1» та компенсації коливань та змін потуж- ності навантаження та ЕНП на цій ступені, тобто для забезпечення виконання вимог балансової на- дійності [20]. При моделюванні було прийнято, що базове кінцеве споживання складає 154 млрд кВт·год, що приблизно відповідає потребі у виробництві елек- троенергії на рівні 190 млрд кВт·год, які передба- 32 Б.А. КОСТЮКОВСЬКИЙ ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2021, issue 2(65) чає сценарій розвитку електроенергетики, розро- блений з використанням моделі TIMES-Україна. Для сценарію СНВВ2 було проведено моделю- вання для трьох варіантів формування сценарних припущень щодо функціонування енергосистеми України, а саме: Перший варіант (СНВВ2_1) відповідає пріо- ритетності обмеження потужності ВЕС та СЕС перед обмеженням потужності АЕС. Другий варіант (СНВВ2_2) відповідає прі- оритетності обмеження потужності АЕС від- носно обмеження потужності ВЕС та СЕС, що відповідає вимогам Закону про ринок електро- енергії [18]. Третій варіант (СНВВ2_3) передбачає впро- вадження технологій «Power-to-Х» для ви- робництва «зеленого» водню з подальшим ви- користання для заміщення природного газу на ТЕЦ. В межах цього сценарію передбачається можливість збереження обмежень до 10% від виробництва електроенергії на ВЕС та СЕС, бо для забезпечення прийнятного КВВП роботи технологій «Power-to-Х» доцільно використо- вувати електроенергію ВЕС та СЕС навіть при можливості її використання споживачами. Результати проведеного моделювання наве- дені в табл. 1. Аналіз отриманих результатів із викорис- танням комплексу BACS-RVE показав, що до- сягнення показників викидів на ТЕС та ТЕЦ, що працюють на викопному паливі, які лежать в обґрунтуванні НВВ2, а саме 35,9 млн т є не- досяжними, а будуть як мінімум на 8,5 млн т більшими. Поряд з цим, необхідно враховувати погодний фактор, бо якщо при моделюванні по- треба у встановленій потужності визначається з огляду на максимум навантаження при най- більш несприятливих погодних умовах (для України – екстремальна холодна погода), то оцінка обсягів виробництва електроенергії та потреба в викопному паливі базуються на усе- реднених, найбільш вірогідних показниках їх значень у перспективі. При погодних умовах, які були у 2012 р. (один з найбільш холодних опалювальних се- зонів за останні 10 років в Україні), за умови здолання енергетичної бідності, коли споживач не в змозі оплачувати необхідний обсяг енерго- ресурсів, обсяг викидів ПГ може зрости як мі- німум на 6–7 млн т в СО2екв. лише за рахунок погодного фактору. Враховуючи пріоритетність диспетчеризації ВЕС та СЕС, низьку вартість виробництва елек- троенергії на побудованих в період дії «зелено- го» тарифу ВЕС та СЕС, дія якого відміняється з 2030 р., та реальну можливість нарощування потужності ВЕС та СЕС на основі лише прове- дення аукціонів на закупівлю послуг з розвитку ВДЕ в Україні, ціна на електроенергію для яких не буде мати значення – аукціонна ціна надаєть- ся на 20 років, вона прив’язана до курсу євро, держава гарантує оплату аукціонної ціни, і тому витіснення ними з балансів покриття ГЕН АЕС є цілком реальним. З урахуванням означеного, викиди ПГ при виробництві лише електроенергії та тепла на ТЕЦ та ТЕС, які працюють на викопному па- ливі, з урахуванням ризиків холодних зим та виникнення обмежень на можливість участі АЕС у покритті ГЕН, занижені як мінімум на 14–15 млн т при обґрунтуванні НВВ2. А таке збільшення викидів обумовлює зростання за- гальних викидів ПГ в Україні не менш ніж на 1,5% відносно 1990 р. Поряд з цим, твердження про доцільність прискореного розвитку ВЕС та СЕС з економіч- ної точки зору, не підтверджуються отриманими результатами моделювання (табл. 1). Вони були б цілком коректні лише при введенні податку на викиди ПГ не нижче 100 євро за т СО2екв.. Ви- конані розрахунки показують, що для варіанту СНВВ2_1 такий рівень податку повинен склада- ти 109 євро за т СО2екв., для варіанту СНВВ2_2 – 138 євро за т СО2екв., а для варіанту СНВВ2_3 – 113 євро за т СО2екв.. В Україні планується впровадження ринку торгівлі квотами на викиди ПГ [21], що перед- бачає наявність безоплатних значних квот, ме- тою яких є надання часу на реалізацію заходів з декарбонізації. Враховуючи вищезазначене, мо- делювання з використанням високих рівнів по- датків на викиди ПГ в Україні є не коректним. Причому, враховуючи значну залежність від цін на викиди ПГ можливість переходу на траєкто- рію сталого економічного зростання, складно очікувати проведення на державному рівні по- літики максимізації вартості викидів ПГ. В умо- вах України такий шлях, тобто високі платежі за викиди ПГ на тлі впровадження за рахунок аукціонів значних нових потужностей ВЕС та СЕС, звісно призведе до декарбонізації еконо- міки, але не за рахунок реалізації заходів з де- карбонізації, а за рахунок подальшої стагнації економіки України, що добре ілюструє рис. 1. Результати моделювання свідчать, що з ура- хуванням необхідності забезпечення балансової надійності енергосистеми реалістичність реалі- зації сценарію ЦС є значно вищою ніж сценарію СНВВ2. При реалізації цільового сценарію ви- киди ПГ, враховуючи погодні фактори, будуть на 5–6% більшими від рекомендованих Міндов- кілля обсягів викидів ПГ – 35% від рівня 1990 р. 33 Моделювання розвитку електроенергетичної системи України для обґрунтування Другого національно визначеного внеску щодо обмеження викидів парникових газів ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2021, issue 2(65) Таблиця 1. Результати моделювання розвитку та функціонування енергосистеми України, з урахуванням автономних виробників, за розглянутими сценаріями1 Показники Одиниці вимірювання Сценарій СНВВ2_1 СНВВ2_2 СНВВ2_3 ЦС Встановлена потужність АЕС ГВт 13,84 13,84 13,84 13,84 ТЕС/ТЕЦ2, в т.ч.: ГВт 19,61 19,71 19,61 17,39 ТЕС/ТЕЦ на біомасі ГВт 1,75 1,75 1,75 0,68 ГЕС/ГАЕС ГВт 7,13 7,13 7,13 7,13 ВЕС ГВт 8,01 8,01 8,01 3,00 СЕС ГВт 13,96 13,96 13,96 6,90 Всього ГВт 62,55 62,65 62,55 48,25 Системи підтримки/регулювання частоти ГВт 1,48 2,00 1,48 1,00 Технології «Power to Gas» ГВт 0,00 0,00 2,20 0,00 Відпуск в мережу АЕС млрд кВт·год 85,4 64,8 85,43 83,0 ТЕС млрд кВт·год 30,5 43,0 31,42 49,2 ТЕЦ, в т.ч.: млрд кВт·год 20,9 20,9 20,89 19,9 ТЕЦ біомаса млрд кВт·год 7,4 7,4 7,38 2,9 ГЕС/ГАЕС млрд кВт·год 8,0 8,0 7,63 7,7 ВЕС млрд кВт·год 21,4 25,4 23,91 9,5 СЕС млрд кВт·год 11,4 15,5 13,00 7,7 Всього млрд кВт·год 177,5 177,5 182,27 177,1 Обмеження ВДЕ млрд кВт·год 8,23 0,11 4,09 0,06 Оцінка кліматичної «нейтральності» Частка ВДЕ у відпуску електроенергії % 27 32 28 16 Частка виробництва електроенергії без викидів ПГ % 75 68 75 63 Витрати палива Вугілля млн т н.е. 8,66 11,20 8,92 15,52 Природний газ млн т н.е. 4,12 4,09 3,77 4,18 Водень млн т н.е. 0,00 0,00 0,35 0,00 Біомасса млн т н.е. 3,36 3,36 3,36 1,33 Всього млн т н.е. 16,14 18,65 16,40 21,03 Викиди ПГ Викиди ПГ - СО2 млн т 44,18 54,23 44,38 71,69 Викиди ПГ - СН4 тис. т 3,80 4,86 3,89 6,67 Викиди ПГ - NO2 тис. т 0,56 0,72 0,58 0,99 Всього, СО2екв. млн т 44,45 54,57 44,65 72,16 Ціна відпущеної електроенергії без урахування плати за ПГ євро/кВт·год 0,069 0,073 0,0704 0,053 з урахуванням плати за ПГ євро/кВт·год 0,090 0,100 0,0911 0,087 Вартість викиду ПГ євро/т 100,0 100,0 100,0 100,0 Необхідний обсяг інвестицій млрд євро 24,54 28,52 28,856 10,36 1 Власні розрахунки 2 Необхідна потужність 34 Б.А. КОСТЮКОВСЬКИЙ ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2021, issue 2(65) ВИСНОВКИ Згідно умов Паризької угоди, Україна повинна визначити новий національно-визначений внесок щодо обмеження викидів ПГ, який стане міжна- родними зобов’язаннями України. Невиконання цих зобов’язань може суттєво обмежити можли- вості участі України в механізмах, передбачених цією угодою. Також це створює певні ризики для ефективного розвитку економіки країни у май- бутньому при прийнятті занадто амбітних цілей щодо можливості її декарбонізації у перспективі. Міндовкілля декларує можливість та доцільність прийняття дуже амбітних цілей – скорочення ви- кидів ПГ на 65% відносно рівня 1990 р. Одне з ключових місць у досягненні цієї цілі відводить- ся електроенергетичному комплексу, в якому при значному зростанні споживання електроенергії передбачається скорочення викидів ПГ. Для оцінки викидів ПГ при виробництві елек- тричної та теплової енергії з використанням ви- копного палива на ТЕС та ТЕЦ в контексті об- ґрунтування НВВ2, були проведені дослідження по моделюванню розвитку електроенергетичного комплексу України для двох сценаріїв, перший з яких відповідає цільовому сценарію Звіту з оцінки відповідності достатності генеруючих потужнос- тей, а другий – сформованому при обґрунтуванні НВВ2 з використанням моделі TIMES-Україна. Як показали виконанні дослідження, моделюван- ня розвитку електроенергетики з використанням моделі TIMES-Україна, яке базується на усередне- них за рік значеннях КВВП вітрових та сонячних електростанцій, а також LCOE дає некоректні ре- зультати через неврахування режимних факторів та вимог балансової надійності. Виконане моделювання з використанням про- грамно-інформаційного комплексу BACS-RVE показало, що сценарій, сформований з викорис- танням моделі TIMES-Україна, з економічної точ- ки зору є гіршим у порівнянні із цільовим сцена- рієм, маючи вищу вартість електроенергії. Для за- безпечення їх однакової конкурентоспроможнос- ті, з точки зору цін на електроенергію, необхідно, наприклад, запровадити податок на викиди ПГ на рівні більш ніж 100 євро за т СО2екв.. Отримані результати моделювання розвитку електроенергетики, на яких базується обґрунту- вання НВВ2, є заниженими з точки зору обся- гів викидів ПГ на рівні 2030 р. і тому доцільно виконати додаткові розрахунки для визначення НВВ2 України. 1. Ukraine First NDC: United Nations Framework Convention on Climate Change, 2016. URL: https:// www4.unfccc.int/sites/ndcstaging/PublishedDocuments/ Ukraine%20First/Ukraine%20First%20NDC.pdf (дата звернення: 23.04.2021). 2. Про схвалення Очікуваного національно визна- ченого внеску України до проекту нової глобальної кліматичної угоди: Розпорядження Кабінету Міністрів України від 16.09.2015 № 980-р. URL: https://zakon. Рис. 1. Наслідки впровадження високих платежів за викиди ПГ та подальшого прискореного впровадження ЕНП Зростання потужності ЕНП та її частки в структурі покриття навантажень Підвищення маневрових можливостей ОЕС Обмеження АЕС або ЕНП Зниження електроспоживання Зростання цін на електроенергію Заміщення вугільних електростанцій газовими або імпортом електроенергії Ек ол ог іч ні о бм еж ен ня т а пл ат еж і Закриття енергоємних виробництв Зниження ВВП, зниження конкурентоспроможності вітчизняних виробників, падіння платоспроможного попиту населення та інвестиційних можливостей підприємств, тощо 35 Моделювання розвитку електроенергетичної системи України для обґрунтування Другого національно визначеного внеску щодо обмеження викидів парникових газів ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2021, issue 2(65) rada.gov.ua/laws/show/980-2015-р (дата звернення: 23.04.2021). 3. Про ратифікацію Паризької угоди: Закон України від 14.07.2016 № 1469-VIII. URL: https://zakon.rada.gov. ua/laws/show/995_l61 (дата звернення: 21.04.2021). 4. Міндовкілля представляє проєкт Другого націо- нально визначеного внеску України до Паризької уго- ди: Міністерство захисту довкілля та природних ресур- сів України, 2021. URL: https://mepr.gov.ua/news/37151. html (дата звернення: 08.04.2021). 5. Про схвалення Другого національно визначеного внеску України до Паризької угоди: проєкт розпоря- дження Кабінету міністрів України. Міністерство за- хисту довкілля та природних ресурсів України, 2021. URL: https://mepr.gov.ua/fi les/images/2021/29042021/ Проєк%20розпорядження%20КМУ.pdf (дата звернен- ня: 26.04.2021). 6. Recommendation 2018/01/MC-EnC on preparing for the development of integrated national energy and climate plans by the Contracting Parties of the Energy Community: Energy Community, 2018. URL; https:// www.energy-community.org/dam/jcr:de3adce9-e047- 4fb3-a632-f63c64a5c9c6/REC_2018_01_MC_CLI.pdf (дата звернення: 31.03.2021). 7. Деякі питання оптимізації системи центральних органів виконавчої влади: Постанова Кабінету Міністрів України від 27.05.2020 № 425. URL: https://zakon.rada.gov. ua/laws/show/425-2020-п (дата звернення: 31.03.2021). 8. Проєкт аналітичного огляду Другого націо- нально визначеного внеску України до Паризької угоди: Міністерство захисту довкілля та природних ресурсів України, 2021. URL: https://mepr.gov.ua/fi les/ images/2021/29042021/Проєкт%20Інформаційно%20 Аналітичного%20огляду%20НВВ2%20квітень.pdf (дата звернення: 26.04.2021). 9. NDC Support Programme: The European Bank for Reconstruction and Development, 2019. URL: https:// www.ebrd.com/documents/climate-fi nance/ndc-support- programme.pdf (дата звернення: 31.03.2021). 10. Звіти щодо моделювання НВВ2: Міністерство захисту довкілля та природних ресурсів України, 2020. URL: https://mepr.gov.ua/news/36645.html (дата звер- нення: 08.04.2021). 11. Подолець Р.З., Дячук О.А. Стратегічне плану- вання у паливно-енергетичному комплексі на базі мо- делі «TIMES-Україна», Інститут економіки та прогно- зування НАН України, К.: 2011. 150 с. URL: http://ief. org.ua/docs/sr/NaukDop(PodoletsDiachuk)2011.pdf (дата звернення: 31.03.2021). 12. Узагальнення результатів моделювання. Інфо- графіка Міндовкілля: Міністерство захисту довкілля та природних ресурсів України, 2020. URL: https:// mepr.gov.ua/files/інфографіка%20Міндовкілля%20 11.12.2020.PDF (дата звернення: 31.03.2021). 13. Звіт 3/ З моделювання: Міністерство захисту до- вкілля та природних ресурсів України, 2020. URL: https:// mepr.gov.ua/fi les/images/news_2020/22122020/Результа- ти%20моделювання.pdf (дата звернення: 06.03.2021). 14. Методологія виконання оцінки відповіднос- ті (достатності) генеруючих потужностей. Київ: НЕК «Укренерго», 2020. URL: https://ua.energy/wp-content/ uploads/2020/12/Metodologiya-vykonannya-otsinky- vidpovidnosti-dostatnosti-generuyuchyh-potuzhnostej.pdf (дата звернення: 11.03.2021). 15. Проєкт звіту з оцінки відповідності (достат- ності) генеруючих потужностей – 2020. Київ: НЕК «Укренерго», 2020. URL: https://ua.energy/wp-content/ uploads/2020/12/Proyekt-zvitu-z-otsinky-vidpovidnosti- dostatnosti-generuyuchyh-potuzhnostej-2020.pdf (дата звернення: 11.03.2021). 16. Діяльність Громадської організації «Бюро комп- лексного аналізу та прогнозів». URL: http://biaf.org.ua/ o-kompanii/diyalnist.html (дата звернення: 11.03.2021). 17. Звіт з оцінки відповідності (достатності) генеру- ючих потужностей-2019. К.: НЕК «Укренерго», 2020. URL: https://ua.energy/wp-content/uploads/2020/03/Zvit- z-otsinky-dostatnosti-generuyuchyh-potuzhnostej-2019. pdf (дата звернення: 11.03.2021). 18. Про ринок електричної енергії: Закон України від 13.04.2017 №2019-VIII. Відомості Верховної Ради (ВВР), 2017, № 27-28, ст. 312. 19. Костюковський Б.А. Методи та засоби прогно- зування розвитку структури генеруючих потужностей об’єднаних електроенергетичних систем в умовах рин- кового регулювання діяльності в електроенергетиці: Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук. К., 2007. 161 с. 20. Про затвердження Кодексу системи переда- чі: Постанова НКРЕКП від 14.03.2018 № 309. URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/v0309874-18 (дата звернення: 20.03.2021). 21. Загальна інформація про СТВ: Міністерство за- хисту довкілля та природних ресурсів України, 2018. URL: https://mepr.gov.ua/news/32026.html (дата звер- нення: 26.03.2021). Надійшла до редколегії: 28.04.2021
id systemreorg-article-779
institution System Research in Energy
keywords_txt_mv keywords
language Ukrainian
last_indexed 2026-07-19T01:21:45Z
publishDate 2021
publisher General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
record_format ojs
resource_txt_mv systemreorg/ac/4712612b28df4d2792bb3ff95dff61ac.pdf
spelling systemreorg-article-7792026-07-18T12:57:46Z The Modelling of Power System of Ukraine Development for Assessment of Nationally Determined Contribution of Ukraine to the Paris Agreement Моделювання розвитку електроенергетичної системи України для обґрунтування Другого національно визначеного внеску щодо обмеження викидів парникових газів Kostyukovskyi B.A. power system, greenhouse gases, modeling, load profiles, grid balance reliability електроенергетична система, парникові гази, моделювання, графіки електричних навантажень, балансова надійність Ukraine is obligated to adopt Nationally Determined Contribution to the Paris Agreement (NDC2) in 2021 for a period up to 2030 as a percent of 1990, requiring correct projection of green-houses gases (GHG) emissions first of all in key categories, one of that is heat and electricity production by thermal power plants (TPP) and combined heat and electricity production (CHP) which are burning organic fuel.The Ministry of environment protection and natural resources of Ukraine (MEP) proposed GHG reduction of 65% compared to 1990 which is about 3.2% lower compared to 2018, and there is a very ambitious goal taking into account desired rapid Ukrainian economic growth. To assess the reliability of this proposal the appropriate modeling GHG emission reduction from TPP and CHP was made and presented in the article.The modelling was made taking into account methodological approaches of TIMES-Ukraine modeling system, which is the basic tool for assessment of GHG reduction potential in Ukraine for MEP, and also alternative one used in BACS-RVE modeling tool, which was used for calculations for "Generation Adequacy report" which was developed by Ukrainian transmission system operator "Ukrenergo". The analysis of the modeling results showed that neglecting in the methodology used in TIMES-Ukraine the operation modes of generation and required levels of power grid balance reliability indicators does not allow fully adequately project power system development.The modeling results using BACS-RVE modeling tool showed that the reference case scenario of generation development (according to the TIMES-Ukraine) could be feasible under the condition that GHG emission tax should not be less than 100 EUR per tonne of CO2eqv, and potentially will cause the increase of electricity price. Another important result obtained using BACS-RVE is that GHG emission level for 2030 is higher compared to the reference case scenario, hence additional modeling and discussion of results are required to ensure well-grounded GHG emission projection which will allow reviewing NDC obligation for the power sector of Ukraine. У контексті необхідності прийняття Україною в 2021 р. нових зобов’язань, відповідно до Другого національно визначеного внеску (НВВ2) розробленого згідно Паризької угоди, щодо обмеження обсягів викидів парникових газів (ПГ) в період до 2030 р. як відсоток від рівня викидів у 1990 р., актуальною задачею є забезпечення коректності прогнозів викидів ПГ, що, у першу чергу, стосується ключових категорій, зокрема виробництва теплової та електричної енергії на ТЕС та ТЕЦ, що працюють на викопному паливі.З урахуванням того, що на сьогодні Міністерство захисту довкілля та природних ресурсів України (Міндовкілля) в якості пропозиції визначає скорочення викидів ПГ на 65% від обсягів їх викидів у 1990 р., тобто рекомендує прийняти НВВ2 на рівні 34,8%, що приблизно на 3,2% нижче, ніж у 2018 р., що є дуже амбітними цілями в контексті необхідності прискореного розвитку економіки країни, були виконанні дослідження, спрямовані на оцінку обґрунтованості цих пропозицій в частині можливості дуже значного зниження викидів ПГ при виробництві електричної та теплової енергії на ТЕС та ТЕЦ, що працюють на викопному паливі.При їх проведені були проаналізовані особливості моделювання електроенергетичного комплексу в моделі TIMES-Україна, на результатах використання якої базуються амбітні оцінки Міндовкілля щодо можливостей скорочення викидів у перспективі, та комплексу BACS-RVE, який використовується в НЕК «Укренерго» для підготовки Звіту з оцінки відповідності (достатності) генеруючих потужностей. За результатами аналізу був зроблений висновок, що неврахування режимних факторів та вимог балансової надійності в моделі TIMES-Україна не забезпечує можливість коректного формування розвитку електроенергетичних систем.Виконане моделювання з використанням комплексу BACS-RVE показало, що розраховані для НВВ2 обсяги викидів ПГ є заниженими, а висновок про те, що сценарій розвитку електроенергетики рекомендований до реалізації є економічно найбільш ефективним, буде коректним, коли на рівні 2030 р. податок на всі викиди ПГ в електроенергетиці буде більшими ніж 100 євро за т СО2екв..За результатами виконаних досліджень визначено, що моделювання розвитку електроенергетики з використанням моделі TIMES-Україна, яке базується на КВВП та LCOE, дає некоректні результати через неврахування режимних факторів та вимог балансової надійності.Отримані результати моделювання розвитку електроенергетики, на яких базується обґрунтування НВВ2, є заниженими з точки зору обсягів викидів ПГ на рівні 2030 р. і не можуть використовуватись для прийняття рішень щодо доцільних обмежень на викиди ПГ Україною при визначені НВВ2.Сформований сценарій НВВ2 суттєво програє цільовому сценарію, за яким вартість електроенергії на 30–35% нижча, ніж в сценарії НВВ2 без урахування зростання плати за викиди ПГ. Для забезпечення більшої економічної ефективності сценарію НВВ2 необхідно збільшити податок на викиди ПГ більш ніж на 100 євро за т СО2екв., що призведе до різкого зростання вартості електроенергії за усіма сценаріями.Ключові слова: електроенергетична система, парникові гази, моделювання, графіки електричних навантажень, балансова надійність. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2021-06-29 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/779 10.15407/pge2021.02.028 System Research in Energy; No. 2 (65) (2021): The Problems of General Energy; 28-35 Системні дослідження в енергетиці; № 2 (65) (2021): Проблеми загальної енергетики; 28-35 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/779/673 Copyright (c) 2021 Kostyukovskyi B.A. https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0
spellingShingle power system
greenhouse gases
modeling
load profiles
grid balance reliability
Kostyukovskyi B.A.
The Modelling of Power System of Ukraine Development for Assessment of Nationally Determined Contribution of Ukraine to the Paris Agreement
title The Modelling of Power System of Ukraine Development for Assessment of Nationally Determined Contribution of Ukraine to the Paris Agreement
title_alt Моделювання розвитку електроенергетичної системи України для обґрунтування Другого національно визначеного внеску щодо обмеження викидів парникових газів
title_full The Modelling of Power System of Ukraine Development for Assessment of Nationally Determined Contribution of Ukraine to the Paris Agreement
title_fullStr The Modelling of Power System of Ukraine Development for Assessment of Nationally Determined Contribution of Ukraine to the Paris Agreement
title_full_unstemmed The Modelling of Power System of Ukraine Development for Assessment of Nationally Determined Contribution of Ukraine to the Paris Agreement
title_short The Modelling of Power System of Ukraine Development for Assessment of Nationally Determined Contribution of Ukraine to the Paris Agreement
title_sort modelling of power system of ukraine development for assessment of nationally determined contribution of ukraine to the paris agreement
topic power system
greenhouse gases
modeling
load profiles
grid balance reliability
topic_facet power system
greenhouse gases
modeling
load profiles
grid balance reliability
електроенергетична система
парникові гази
моделювання
графіки електричних навантажень
балансова надійність
url https://systemre.org/index.php/journal/article/view/779
work_keys_str_mv AT kostyukovskyiba themodellingofpowersystemofukrainedevelopmentforassessmentofnationallydeterminedcontributionofukrainetotheparisagreement
AT kostyukovskyiba modelûvannârozvitkuelektroenergetičnoísistemiukraínidlâobgruntuvannâdrugogonacíonalʹnoviznačenogovneskuŝodoobmežennâvikidívparnikovihgazív
AT kostyukovskyiba modellingofpowersystemofukrainedevelopmentforassessmentofnationallydeterminedcontributionofukrainetotheparisagreement