Концепция устойчивого энергетического развития с использованием интеллектуальных электрических систем

Концепция устойчивого энергетического развития

с использованием интеллектуальных электрических систем

УДК 620.91, 621.316

Резюме. В статье описывается проект по разработке концепции устойчивого энергетического развития для демонстрационного региона Беларуси, основанный на радикальном повышении энергоэффективности, а также расширенном использовании возобновляемых источников энергии и интеллектуальных электрических систем Smart Grid. Ключевые слова: энергетическое планирование, возобновляемые источники энергии, энергоэффективность, интеллектуальные электрические системы.

Денис Римко,

заведующий лабораторией «Энергобезопасность» Института энергетики НАН Беларуси

В 1992 г. на Международной конференции по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро Организация Объединенных Наций приняла программу всемирного сотрудничества - «Повестка дня на XXI век». На ее основе Республикой Беларусь была разработана собственная Национальная стратегия устойчивого развития на период до 2020 г., предопределяющая пути трансформации экономики нашей страны, которые должны быть детализированы в плановых и прогнозных документах.

Ключевым элементом устойчивого развития является обеспечение энергией, при котором удовлетворение нужд нынешнего поколения происходит без ущемления возможностей будущих. Достижение данной цели

основывается на повышении энергоэффективности, расширенном использовании возобновляемых источников энергии (ВИЭ) и передовых интеллектуальных систем управления процессами производства, передачи и потребления энергии. Однако при реализации данных принципов мы сталкиваемся с рядом проблем.

Первая - обеспечение баланса спроса на различные виды энергии (электрическую, тепловую, моторное топливо) и ее наиболее экономичное производство из ВИЭ (древесное топливо, ветер, солнце, гидроэнергия, биогаз, биотопливо и т.д.). Местные, в том числе возобновляемые, источники энергии распределены по территории нашей страны неравномерно, как и объемы потребления энергоресурсов (рис. 1-5) [1-4]. Оптимальное применение энергоэффективных технологий в перспективе также может значительно повлиять на спрос.

Вторая проблема - непредсказуемость объемов производства энергии от ВИЭ. Для ее

решения требуется объединение данных источников в сеть с интеллектуальным управлением на основе современных технологических решений.

Третья трудность - готовность технической инфраструктуры и институциональной среды к работе в новых условиях.

С целью решения этих проблем в рамках конкурса «100 идей для Беларуси» был выдвинут проект по разработке концепции устойчивого энергетического развития демонстрационного региона в нашей стране на основе использования Smart Grid - интеллектуальных электрических систем. Для реализации проекта наибольший интерес представляют такие районы, как Мядель-ский, Вилейский, Логойский, Лепельский, Россонский, Браславский и Новогрудский. Последние два уже присоединились к Пакту Мэров. Вывод о перспективности перечисленных регионов можно сделать на основании анализа Государственной схемы комплексной территориальной организации Республики Беларусь, показанной на рис. 6 [5]. Здесь отсутствует крупная промышленность, которая потребляет львиную долю энергоресурсов в стране, а также имеются разнообразные ВИЭ и потенциал для привлечения частных и международных инвестиций.

Мощность гидроэлектростанций (МВт) Действующие Возможные новые Более 5,0 ^ 1,0 - 5,0 0,5 - 1,0 0,1 - 0,5

С о

V

Рис. 1. Гидроэнергетические ресурсы рек Беларуси

Рис. 2. Распределение скорости ветра на высоте 100 м по территории Беларуси в среднем за год

Суммарная

солнечная радиация

Менее 3400 3600 3800 4000 Более

JiSp mi иск „

'.град*

V

счч. Ъъ г vT

J-.J J >?\ 1 {Л

J№sl "V; \ r p .si ram* \

sm : AT *

Рис. 3. Распределение солнечного излучения по территории Беларуси в среднем за год

Торфобрикетные предприятия

Торфодобывающие предприятия, предприятия-экспортеры

Машиностроительные заводы

С*

Рис. 4. Ресурсы торфа в Беларуси

Лесистость, %

I | До 20 20 - 30 I 30,1 - 40 ^gg 40,1 - 50 | 50,1 - 60 Более 60

Типы функционально-планировочных районов

| | Урбанизированные столичного региона

_| Урбанизированные

|_\ Сельскохозяйственные

_| Природоохранные

J Рекреационные Особые

Рис. 5. Лесные ресурсы Беларуси

Рис. 6. Территориальная организация Республики Беларусь

В современном мире ВИЭ и энергосберегающие технологии достаточно широко распространены. Их развитие начиналось в 1980-е гг. с научных разработок и демонстрационных объектов, далее с помощью государственной поддержки создавалась индустрия производства оборудования и начиналось широкомасштабное внедрение. Это укрепляло энергетическую безопасность и помогало достичь устойчивого развития в разных странах. К настоящему времени существуют крупные электростанции мощностью в сотни мегаватт, работающие на ВИЭ. Среди многочисленных проектов по повышению энергоэффективности и использованию ВИЭ стоит выделить Соглашение Мэров. Этот пакт является флагманской инициативой Европейского союза, объединяющей местные, региональные и национальные органы власти в выполнении взятых на себя обязательств по сокращению выбросов СО2 не менее чем на 20 % к 2020 г. путем стимулирования развития «зеленой экономики» и улучшения качества жизни.

Еще одно передовое технологическое направление -Smart Grid, интеллектуальная электроэнергетическая система, обеспечивающая двустороннюю передачу энергетических и информационных потоков между генераторами и потребителями, способная отслеживать и контролировать участников процесса производства, передачи и распределения энергии. Smart Grid позволяет осуществлять прогнозирование и оптимизацию режимов работы, а также существенно повышать надежность функционирования энергосистемы (табл. 1) [6, 7].

Основными функциональными свойствами, присущими

Стандартная энергетическая система Энергетическая система на базе концепции Smart Grid

Односторонняя коммуникация между элементами или ее отсутствие Двусторонняя коммуникация

Централизованная генерация - сложно интегрируемая распределенная генерация Распределенная генерация

Топология - преимущественно радиальная Преимущественно сетевая

Реакция на последствия аварии Реакция на предотвращение аварии

Работа оборудования до отказа Самомониторинг и самодиагностика, продлевающая «жизнь» оборудования

Ручное восстановление Автоматическое восстановление - «самолечащиеся

сети»

Подверженность системным авариям Предотвращение развития системных аварий

Ручное и фиксированное выделение сети Адаптивное выделение

Проверка оборудования по месту Удаленный мониторинг оборудования

Ограниченный контроль перетоков мощности Управление перетоками мощности

Недоступная или сильно запоздавшая информация о цене для потребителя Цена в реальном времени

системам Smart Grid, являются:

самовосстановление при аварийных возмущениях;

мотивация активного поведения конечного потребителя;

сопротивление негативным влияниям;

обеспечение надежности электроснабжения и качества электроэнергии;

многообразие типов электростанций и систем аккумулирования электроэнергии (распределенная генерация);

расширение рынков мощности и энергии до конечного потребителя;

оптимизация управления активами.

В нашей стране ВИЭ занимают около 5 % от валового потребления энергоресурсов -основную часть составляет древесина, которая в некоторых районах удовлетворяет более половины потребности в котельно-печном топливе. Имеются единичные примеры демонстрационных парков по использованию восполняемых источников энергии («Вол-ма» - МГЭУ им. А. Д. Сахарова), одна крупная (1,5 МВт) и несколько десятков мелких ветроэнергетических установок, начата реализация проектов по строительству фотоэлектростанций на несколько десятков мегаватт.

Беларусь достигла значительных успехов в повышении энергоэффективности (рис. 7). Однако в большинстве организаций стадия малозатратного энергосбережения уже пройдена, и для дальнейшего повышения эффективности требуется модернизация основных технологических процессов.

Институциональная среда развития энергетики во многом унаследована с советских времен (вертикальная интеграция, перекрестное субсидирование и т.д.), что способствует поддержанию надежности энергоснабжения (рис. 8) [8], но не создает необходимых стимулов для повышения экономической эффективности.

Для выполнения проекта по разработке концепции устойчивого энергетического развития специалисты Института энергетики НАН Беларуси предлагают на базе одного из регионов нашей страны комплексное внедрение современных технологий за счет ВИЭ и использования интеллектуальных систем управления производством (или аккумулированием) и потреблением энергии.

При разработке данной концепции необходимо будет решить следующие задачи:

построить топливно-энергетический баланс региона;

Таблица 1.

Основные

качественные

признаки

и особенности

системы

Smart Grid

Рис. 7.

Изменение уровня энергоемкости валового продукта стран мира

Ш Россия Ш Беларусь Ш Мир ф Чехия ф Польша

• ОЭСР

# Литва

Рис. 8. Динамика числа отказов 1-й и 2-й степени в энергосистеме Беларуси

450 400 350 300 I 250

I 200

^ 150 100 50 0

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

оценить потенциал энергосбережения, а также возможности совершенствования ВИЭ и экономичность их использования;

произвести моделирование сценариев развития экономики и топливно-энергетического комплекса региона на перспективу в 30 лет;

спрогнозировать изменения объемов выбросов парниковых газов для различных сценариев развития района;

разработать требования к интеллектуальным электрическим сетям в части оптимального использования ВИЭ;

предложить меры по совершенствованию нормативно-правовой базы для эффективного функционирования системы;

подготовить план по реализации концепции устойчивого энергетического развития демонстрационного региона

в Беларуси на основе использования интеллектуальных электрических сетей.

При такой программе будет сокращен импорт энергоресурсов, освоено производство новых или повышена степень локализации технологий в области ВИЭ и энергоэффективности.

Аналитическая информация о детальной структуре топливно-энергетического баланса региона, оценка потенциала энергосбережения и методических подходов к планированию развития энергосистем, которые появятся в ходе проекта, будут иметь практическое значение для работы Департамента по энергоэффективности Госстандарта. Также будет усовершенствован Государственный кадастр возобновляемых источников энергии, поддерживаемый Министерством природных ресурсов и охраны окружающей среды. При этом важно повышать уровень информированности региональных властей по вопросам устойчивого развития, энергетического планирования и использования ВИЭ. Опыт, полученный в ходе проекта, и созданный информационно-методический инструментарий можно будет масштабировать на остальные регионы страны.

В настоящее время в инициативном порядке начата разработка предлагаемой концепции в рамках ряда заданий ГПНИ «Энергобезопасность, энергоэффективность

и энергосбережение, атомная энергетика». Также совместно с учреждением «Центр экологических решений» при поддержке международной сети устойчивой энергии «INFORSE-Europe» (Дания), Шведского агентства международного развития, Энергетического агентства региона Сконе (Швеция) претворяется в жизнь проект «Продвижение энергосберегающих технологий и возобновляемых источников энергии на местном уровне» для Браславского, Щучинского и Пуховичского районов.

Следует отметить, что реализация концепции будет способствовать укреплению имиджа республики на международной арене как ответственного участника мирового сообщества, вносящего свой вклад в решение проблем, стоящих перед человечеством. Устойчивое энергетическое развитие и «зеленая экономика» могут стать визитной карточкой нашей страны, формирующей образ новой Беларуси в XXI веке.

See: http://innosfera.org/2014/08/smart_grid

Литература

1. Нацыянальны атлас Беларуси- Мн., 2002.

2. Трифонов А.Г. Оценка ветроэнергетических ресурсов и разработка рекомендаций по выбору мест размещения ветроэнергетических установок на территории Республики Беларусь / А.Г. Трифонов, Э.А. Михалычева, Г.Г. Камлюк // Возобновляемые источники энергии: потенциал, достижения, перспективы: материалы междунар.семинара экспертов. Минск, 22-24 февраля 2011 г. / под ред. А.А. Михалеви-ча.- Мн., 2011. С. 221-233.

3. Охрана окружающей среды в Республике Беларусь (стат. сб. Национального статистического комитета Республики Беларусь). Электронный ресурс: http://belstat.gov.by/

homep/ru /publ ications/environment/2013/ENVIR0NMENTAL_

PROTECTION_2013.rar.

4. Резервы торфяного фонда Республики Беларусь / А.П. Гав-рильчик [и др.] // Новости науки и технологий. 2012, №1. С. 3-12.

5. О некоторых вопросах государственной градостроительной политики: Указ Президента Республики Беларусь от 12.01.2007 г. №19. Электронный ресурс: http://pravo. newsby.org/belarus/ukaz2/uk196.htm.

6. Кобец Б.Б. Инновационное развитие электроэнергетики на базе концепции Smart Grid / Б.Б. Кобец, И.О. Волкова.- М., 2010.

7. Estimating the cost and benefits of Smart Grid: A preliminary estimate of the investment requirements and the resultant benefits of a fully functioning Smart Grid. Электронный ресурс: http:// www.rmi.org/Content/Files/EstimatingCostsSmartGRid.pdf.

8. Производство электрической и тепловой энергии. Электронный ресурс: http://www.energo.by/okon/p32.htm.

0