Распределенная энергетика в обеспечении технологической безопасности и экономической эффективности региона

УДК 620.921

А.С. Вертешев

РАСПРЕДЕЛЕННАЯ ЭНЕРГЕТИКА В ОБЕСПЕЧЕНИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ РЕГИОНОВ РОССИИ

Распределенная энергетика - один из наиболее эффективных инструментов обеспечения энергетической безопасности страны, а также устойчивая мировая тенденция и одно из новых и приоритетных направлений развития мировой энергетики. Суть распределенной энергетики в том, что производители энергии (тепло, холод и электроэнергия) максимально приближены к потребителям и сбалансированы с ними по нагрузке. Основой распределенной энергетики являются нетрадиционные и возобновляемые источники энергии, интенсивность развития которых не имеет аналогов в мире. Сегодня уже свыше 70 стран мира имеют свои национальные программы развития распределенной энергетики и прочное законодательное обеспечение этого направления. В России же до сих пор такая программа и законодательное обеспечение отсутствуют.

С учетом процессов, происходящих в мировой экономике и энергетике, у России как одной из ведущих стран мира нет альтернативы распределенной энергетике. Развитие распределенной энергетики - это не только более высокая надежность энергоснабжения страны, но и компонент ее энергетической и национальной безопасности.

К наиболее серьезным недостаткам централизованной энергетики относятся:

- значительные потери энергии при доставке ее от производителей конечным потребителям;

- длительные сроки и огромные затраты финансовых средств при строительстве новых объектов централизованной энергетики.

В начале XXI в. в энергосистемах ряда стран мира (США, Великобритания, Канада, Дания, Швеция, Италия, Австралия) произошли крупномасштабные аварии, повлекшие за собой прекращение энергоснабжения мегаполисов, а так-

же крупных промышленных объектов. Основ -ной причиной таких аварий, как известно, стали недостатки системного уровня традиционных централизованных систем энергоснабжения. С определенной периодичностью происходят различные природные катаклизмы, которые выводят из строя отдельные элементы традиционных систем энергоснабжения (высоковольтных линий электропередач, трансформаторных подстанций и пр.), что приводит к нарушению их устойчивой работы. Традиционные системы энергоснабжения являются объектами повышенной опасности по причине их слабой защищенности перед угрозой террористических актов. Все перечисленное свидетельствует о крайне низкой надежности систем централизованного энергоснабжения [1].

Вводимая плата за технологическое подключение к централизованным электросетям постепенно уравнивает первоначальные затраты на подключение с затратами на построение собственных источников генерации. При этом себестоимость собственной энергии обычно в два раза ниже установленных тарифов на электричество и тепло. Огромные размеры страны при низкой плотности населения приводят к недопустимым в современных условиях затратам на транспорт электроэнергии и тепла в централизованных системах. В то же время широкая доступность газа и дизельного топлива и местных источников энергии облегчает построение локальных генерирующих мощностей.

Инвестиционная привлекательность и финансовая эффективность распределенных источников энергии (РИЭ) обусловлена относительно невысоким уровнем первоначальных вложений, возможностью быстрого и поэтапного ввода в эксплуатацию, полным контролем со стороны потребителя. Сроки окупаемости инвестиций

Рис. 1. Факторы, способствующие развитию и использованию распределенной энергетики

в Псковской области [2]

в автономное энергоснабжение уже сейчас составляют в среднем 2-3 года и продолжают снижаться.

Основные достоинства РИЭ следующие:

- высокая технологическая и экономическая эффективность КПД свыше 90 % в режимах ко-генерации и тригенерации. Себестоимость вырабатываемой электроэнергии и тепла в два и более раза ниже тарифов за счет более эффективных технологий генерации, отсутствия потерь и накладных расходов. Срок окупаемости -около 5 лет (только электроэнергия), до 2-3 лет при полной утилизации тепла в режимах коге-нерации и тригенерации;

- модульность, масштабируемость, мобильность. Поставка блоками необходимой мощности, возможность быстрого подключения новых блоков к уже работающей станции, а также их демонтажа и перемещения на новые объекты;

- короткие сроки ввода в эксплуатацию. Сроки построения электростанции мощностью до 2 МВт не превышают 9-12 месяцев, для более мощных станций (10-20 МВт) может потребоваться 12-18 месяцев;

- независимость и контроль. Конечный потребитель и его подрядные организации полностью контролируют сроки возведения генерирующих объектов и процесс их эксплуатации.

Полностью устраняется проблема сбоев, отключений, нарушений, параметров тока и напряжения по не зависящим от потребителя причинам.

На рис. 1 показаны факторы, способствующие развитию и использованию распределенной энергетики в Псковской области [2].

Топливно-энергетический баланс Псковской области представлен в табл. 1 семью видами ресурсов. Он используется при оценке потенциала энергоэффективности, рационального

Таблица 1

Единый топливно-энергетический баланс Псковской области за 2010 г. (тыс. т у. т.) [3]

Пользователи Уголь Нефтепродукты Природный газ Гидро-и НВЭИ Прочие виды твердого топлива Электроэнергия Тепло Всего

Потребление ТЭР 22,8 0,1 92,1 116,4 12,6 53,6 211,4 508,9

Электростанции (всего) 1,0 1,0

электроэнергия 64,3 64,3

тепловая энергия 12,2 0,1 3,4 7,5 3,3 0,2 0,0 26,8

Электростанции (тепло) 1,0 1,0

котельные: всего 12,2 0,1 3,4 6,6 3,3 0,2 25,8

собственные нужды 1,1 0,2 1,4

потери при распределении 9,3 12,4 21,7

Конечное потребление ТЭР 10,6 0,0 88,7 44,6 9,2 42,9 198,7 394,8

Промышленность 9,8 0,0 0,8 4,5 7,9 10,6 45,3 78,7

заготовка и первичная 0,0 0,9 0,0 1,3 0,1 0,0 2,2

переработка древесины

прочая промышленность 32,5 3,0 13,7 13,0 54,6 128,7 245,4

Строительство 0,0 0,0 0,4 0,0 0,0 1,2 0,0 1,6

Транспорт 0,0 0,0 82,4 0,3 0,0 1,4 4,5 88,6

железнодорожный 14,7 1,0 4,5 20,2

трубопроводный 0,1 0,0 0,1

прочий транспорт 67,7 0,3 0,4 0,0 68,3

Сельское хозяйство 1,2 0,0 2,0 3,0 6,2

Сфера услуг 0,8 0,1 20,9 0,7 12,4 51,8 86,7

Население 3,8 18,9 0,6 15,4 94,2 133,0

использования ресурсов, а также для формирования прогноза потребления ресурсов. Все виды возобновляемых энергоресурсов на территории Псковской области представлены в табл. 2.

В регионе удельный валовой потенциал энергии ветра 66 кВт • ч/(м2 • год), удельный валовой приход солнечной энергии 944,4 кВт • ч/(м2 • год), что является средними в СЗФО показателями к развитию традиционной возобновляемой энергетики.

Условия эксплуатации тепловых станций Псковской области позволяют говорить об использовании низко потенциального тепла сис-

тем охлаждения на уровне 1060,24 тыс. т у. т с учетом экономической целесообразности около 33 % от технического потенциала в отрасли и около 6 % ее валового потенциала. Это самый высокий показатель по Северо-Западу. Другим перспективным направлением развития возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в Псковской области является использование потенциала биомассы животноводства (до 50 % экономического потенциала сектора) и твердых бытовых отходов (до 30 % экономического потенциала сектора). В сложившихся условиях обеспечения Псковской области привозными

Таблица 2

Характеристика возобновляемых источников энергии в Псковской области и СЗФО за 2010 г. [3]

Тип возобновляемых источников энергии Валовой потенциал Технический потенциал Экономический потенциал

Солнечная энергия, тыс. т у. т. 6 400 000 26 100 0,3

Малая гидроэнергетика, млрд кВт • ч 1,8 0,5 0,3

Ветровая энергетика, ТВт • ч/млн т у. т 3649,8 / 1240,93 9,12 / 3,1 0,0456 / 0,0155

Биомасса лесозаготовки и деревообработки, млн т у. т. (Псковская область) 0,9 0,674 / 0,096 0,05

Биомасса лесозаготовки и деревообработки, млн т у. т. (СФЗО) 46,3 38,62 / 5,52 1,76

Биомасса твердых коммунальных отходов и отходов АПК, тыс. т у. т. 4124,4 / 298,82 286,76 139,44

Потенциал замещения органического топлива за счет использования

тепла сточных вод, млн Гкал/млн т у.т. 1,48 / 0,21 - / 0,1 - / 0,05

тепла грунта и водоемов, млн Гкал/млн т у. т. - 1,38 / 0,09 - / 0,05

низкопотенциальная тепла систем охлаждения конденсаторов тепловых электростанций, тыс. т у. т. 1060,24 190,84 62,19

Запасы торфа и промышленный фонд торфа Псковской области

Запасы всех категорий, млн т Прогнозируемые запасы, млн т Балансовые и забалансовые запасы, млн т Промышленный фонд, млн т / млн т у. т.

2016,63 805,86 1210,77 762,34 / 266,06

ресурсами для производства тепла и при большом количестве котельных (свыше 500 шт.) особое место в применении распределенных источников энергии занимает торф (см. табл. 2).

Псковская область не располагает самыми большими запасами торфа в СЗФО, но с учетом экономической и социальной эффективности вовлечение этого вида альтернативного ресурса целесообразно с соблюдением экологических требований.

В качестве приоритетных направлений развития распределенной энергетики в Псковской области целесообразно также рассмотреть использование местных видов топлива: торфа, неделовой древесины и отходов деревообработки и биомассы отходов АПК, применение энергии солнца при производстве тепла для замены малых котельных,

а также использование низко потенциального тепла систем охлаждения конденсаторов тепловых электростанций области. Применение гидроэнергии (мини-ГЭС) позволит обеспечивать энергией зоны отдыха для населения, водохранилища для производства рыбы и др. [3].

Шкала приоритетов в расширении использования местных видов топлива и ВИЭ с учетом их конкурентоспособности в ближайшей перспективе приведена на рис. 2.

Экологическая безопасность источников энергии, используемых в Псковской области, определяется такими факторами, как объемы загрязняющих веществ, выбрасываемых распределенными источниками энергии и потенциальным ущербом вследствие возможных аварий производственных объектов [4].

%

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

шш

шш

и щщ

шш>.

Рис. 2. Шкала приоритетов в расширении использования местных видов топлива и ВИЭ за 2010 г. [3]

1 - торф; 2 - биомасса; 3 - энергия малых рек; 4 - низкопотенциальное тепло, преобразуемое

в теплонасосных установках в высокопотенциальное; 5 - солнечная и ветровая энергия

1

2

3

4

5

К факторам, повышающим экономическую эффективность, следует отнести доступ к распределительным сетям и специфический подход к ценообразованию, предусматривающие включение затрат и определенного дохода децентрализованных источников энергии в общий тариф распределительной компании, а также формирование благоприятных рыночных параметров.

Децентрализованная электрогенерация может повысить надежность работы централизованной сети, которая обычно рассчитана для поставки электроэнергии конечному потребителю. РИЭ расширяют спектр используемых первичных энергетических ресурсов и повышают надежность энергоснабжения потребителей. Влияние РИЭ на выбор видов топлива определяется применяемой технологией, а надежность работы энергосистемы может быть повышена благодаря развитию РИЭ с использованием возобновляемых энергоресурсов. Наличие достаточного резерва энергосистемы на электроэнергетическом рынке может уменьшить риск ограничений потребителей электроэнергии. Эффективное применение резервных мощностей РИЭ в энергосистемах способствует укреплению энергетической безопасности. Развитие РИЭ способствует также и уменьшению транзитных

потоков энергии, увеличивая тем самым возможности сетей по транспорту электроэнергии и снижая ее потери.

Внедрение распределенных источников в регионе должно будет осуществляться на следующих принципах: системность и комплексность, экологическая безопасность, социальная ориентированность, экономическая эффективность, энергетическая безопасность и надежность.

Основные факторы, препятствующие развитию распределенной энергетики региона, показаны на рис. 3.

Несмотря на пока ограниченные масштабы применения РИЭ, в будущем следует ожидать постепенного формирования самостоятельных децентрализованных энергосистем [5].

Подводя итоги вышеизложенному, заключаем следующее.

В качестве приоритетных направлений развития распределенной энергетики в Псковской области целесообразно использование местных видов топлива, в первую очередь торфа, неделовой древесины, отходов деревообработки, биомассы отходов АПК, а также энергии солнца.

Большие потенциальные возможности и благоприятная государственная поддержка в использовании ТЭЦ, возобновляемых и нетрадиционных

Рис. 3. Факторы, препятствующие развитию распределенной энергетики региона

источников энергии предопределяют расширение рыночной доли РИЭ в будущем развитии мирового энергетического комплекса. Однако необходимо, чтобы дальнейшие исследования и разработки были направлены на уменьшение стоимости распределенных источников энергии и улучшение их экологических показателей.

Следует приспосабливать оборудование РИЭ к текущим требованиям существующих энергосистем и создавать децентрализованные энергосистемы, работающие совместно с цен-

трализованной энергосистемой, а также формировать локальные энергосистемы, которые будут проводить основное количество потребляемой в регионе электроэнергии и лишь небольшое ее количество станут получать от централизованных источников энергии.

Применение распределенной генерации в ближайшем будущем неизбежно по экономическим и экологическим соображениям, а также из-за необходимости обеспечить надежное и безопасное энергоснабжение экономического развития регионов и страны в целом.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Распределенная энергетика - надежность энергоснабжения, энергетическая и национальная безопасность России [Текст] : матер. круглого стола / СПбГПУ. Санкт-Петербург, 15 марта 2011 г.

2. БПЦ Энергетические системы Успешные отраслевые решения задач автономного энергоснабжения [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.bpcgroup.ru/industry/energy

3. Региональная программа в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности Псковской области на 2010-2015 гг. с перспективой

до 2020 г. № 268 от 09.07.2010 г. [Текст].

4. Окороков, Р.В. Современные энергетические технологии и социально-экономические последствия их использования [Текст] / В.Р. Окороков, Р.В. Окороков // Академия энергетики. - 2008. - № 5(25). -С. 16-24.

5. Федоров, М.П. Энергетические технологии и мировое экономическое развитие: прошлое, настоящее, будущее [Текст] / М.П. Федоров, В.Р. Окороков, Р.В. Окороков. - СПб.: Наука, 2010. - 412 с.