Большая энергетика. Что такое большая энергетика
Теплоэнергетика
Большинство электроэнергии мира до сих пор вырабатывается на тепловых электростанциях (ТЭС) – в мире > 60 % (63), в СНГ > 70 %, в КР < 20 % (все данные без учета АЭС)
Механизм преобразования энергии на ТЭС: тепловая энергия механическая электрическая
Главный недостаток всех ТЭС – использование невозобновляемых источников энергии.
Конденсационные электростанции (КЭС ) составляют большую часть предприятий теплоэнергетики, поэтому их часто так и называют ТЭС.
Рассмотрим негативные стороны КЭС
интенсивное загрязнение атмосферы на относительно небольшой территории (к тому же на КЭС чаще используют низкосортный высокозольный уголь, что усугубляет ситуацию)
истощение природных богатств (ценного органического сырья)
Это были экологические минусы, но т.к. природопользование это «экономика + экология», необходимо рассмотреть и экономическую сторону вопроса
низкий КПД (30-35 %)
КЭС сильно привязаны к источникам топлива, т.к. перевозить некачественный уголь (с содержанием углерода около 30 %) невыгодно. Поэтому его сжигают на местах добычи, а транспортируют уже электроэнергию
удаленность от потребителя (большинство месторождений угля находится далеко от центров экономики – главного потребителя электроэнергии, а имеющиеся близ пром.центров ресурсы давно исчерпаны)
потери электроэнергии при транспортировке (в СССР в 1990 г – 3 %)
Кроме отрицательных сторон у КЭС имеются и положительные
Равномерная выработка энергии независимо от природных условий, сезонов года и времени суток
Удаленность от потребителя способствует загрязнению атмосферы в малонаселенных районах (где мало других источников загрязнения – что удовлетворяет принципу равномерности распределения отходов), что способствует лучшему самоочищению атмосферы и не сказывается отрицательно на здоровье больших масс людей
Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ)
Кроме электроэнергии вырабатывают тепло в виде горячей воды (бытовые нужды, отопление) и водяного пара (химическая промышленность, строительство) =>
КПД около 70%
тяготеют к потребителю (привязанность),строятся не далее чем в 20-30 км от потребителя
загрязняют атмосферу в местах массового скопления людей (особенно работающие на угле, газ – чище)
значительные расходы на доставку топлива
зависимость от других стран и регионов
3. Атомная энергетика
Специфичная отрасль теплоэнергетики, поэтому часто выделяется в самостоятельную отрасль.
Механизм преобразования энергии на АЭС несколько усложняется: атомная (ядерная) энергия тепловая механическая электрическая.
При грамотном подходе может быть самой экологически чистой отраслью энергетики.
Реакция деления урана была открыта в 1939 году. «Испытания» первых атомных бомб прошли 6 и 9 августа 1945 года в Хиросиме и Нагасаки. В СССР атомная бомба была создана в 1949 году (на каджисайском уране – Киргизия). Первая АЭС в мире была пущена в июне 1954 года в СССР – Обнинская АЭС, мощностью 5 000 кВт. Мощность современных АЭС достигает 4 млн. кВт (Ленинградская, Курская)
Сейчас АЭС имеются более чем в 30 странах мира и производят они около 17 % электроэнергии мира. Доля АЭС в этих странах различна: Литва – 80 %, Франция – 78 % (1997 г. – 91 %), ФРГ – 35 %, ЕС – 34 %, США – 33 %, Япония – 30 %, РФ – 10 %, б. СССР – 12 %, КР – 0 %.
Атомная энергетика использует уран-235 (изотоп), ведутся разработки по урану-238. По выделяемой энергии 1 кг урана-235 эквивалентен 2.500.000 кг лучшего угля.
Несмотря на неблагоприятное отношение к атомной энергетике у большинства населения Земли, она имеет массу положительных черт и преимуществ :
АЭС строят там, где нет других источников энергии
Возможность максимально приблизить к потребителю
Низкая себестоимость производимой энергии
Сравнительно небольшие транспортные расходы
Сбережение исчерпаемых и невозобновляемых, но очень необходимых человеку топливных ресурсов (которые давно уже пора перевести из топливных в органическое сырьё – не зря ещё Д.И. Менделеев заметил, что сжигать нефть - то же, что топить печь ассигнациями)
Огромные, практически неисчерпаемые запасы сырья (10 14 т при ежегодном потреблении не более 10 4 т)
Не потребляет кислорода
Требует минимальных транспортных расходов
Относительно небольшое количество отходов, возможность их обогащения и повторного использования
Негативных черт у АЭС значительно меньше (но каковы!):
качество отходов, их опасность и стойкость, радиоактивные захоронения
тяжелейшие последствия аварий
Однако современные достижения НТР позволяют свести негатив АЭС к минимуму.
Радиоактивные отходы (РАО)
Изначально РАО захоранивали в контейнерах в глубоководных частях Мирового океана, много отходов осталось в хвостохранилищах (в Кыргызстане известны Майлисайское, Каджисайское). Контейнеры в океане уже начали разрушаться, хвостохранилища занимают огромные площади, размываются паводками, грозя попасть (и попадая) в водоемы. Это настоящее бедствие, борьба с которым требует колоссальных средств. Однако сейчас найдены более достойные варианты распоряжения РАО.
Твёрдые . Идеальный вариант и вторичное использование (если ещё недавно это было довольно дорогостояще, то сейчас имеются относительно недорогие технологии). Это также позволяет экономить ценное сырьё. Если все-таки решили захоронить (по принципу «умерла, так умерла» или «доктор сказал в морг, значит в морг»), то необходимо строить подземные хранилища РАО или экономически выгодно использовать отработанные шахты, заключая отходы в свинцово-железобетонный саркофаг.
Жидкие (самые распространенные). Выпаривают, смешивают с цементом, бетоном или битумом, превращая в твердые, а далее, как с твердыми.
Газообразные (наиболее редки). Фильтруются, опять-таки превращаясь в твердые и т.д.
Аварии на АЭС
Международное агентство по атомной энергетике (МАГАТЭ) разработало (в 1989 году) Международную (7-уровневую) шкалу аварий на АЭС. Первые три уровня называют происшествиями, т.к. не представляют значимой опасности для здоровья населения и для окружающей среды. Такая опасность начинает резко возрастать с четвёртого уровня – это уже аварии.
1-й – незначительные происшествия на АЭС
2-й – происшествия средней тяжести
3-й – серьёзные происшествия
4-й – аварии в пределах АЭС
5-й – аварии с риском для окружающей среды
6-й – тяжелые аварии
7-й – глобальная авария (катастрофа)
Всего с момента начала эксплуатации атомных станций в 14 странах мира произошло более 150 инцидентов и аварий различной степени сложности. Наиболее характерные из них: в 1957 г. – в Уиндскейле (Англия), в 1959 г. – в Санта-Сюзанне (США), в 1961 г. – в Айдахо-Фолсе (США), в 1979 г. – на АЭС Три-Майл-Айленд (5-й уровень – США), в 1986 г. – на Чернобыльской АЭС (7-й уровень, катастрофа – бывший СССР, сейчас Украина). Это и вызывает огромное недоверия у большинства жителей Земли к довольно перспективной отрасли энергетики.
К теплоэнергетике (а порой и к гидро) относят и геотермальные электростанции (геоТЭС ), использующие нетрадиционные источники энергии, поэтому мы их рассмотрим в разделе «Альтернативная энергетика».
Энерге́тика - область хозяйственно-экономической деятельности человека, совокупность больших естественных и искусственных подсистем, служащих для преобразования, распределения и использования энергетических ресурсов всех видов. Её целью является обеспечение производства энергии путём преобразования первичной, природной энергии во вторичную, например в электрическую или тепловую энергию. При этом производство энергии чаще всего происходит в несколько стадий:
Электроэнергетика
Электроэнергетика - это подсистема энергетики, охватывающая производство электроэнергии на электростанциях и её доставку потребителям по линии электропередачи. Центральными её элементами являются электростанции, которые принято классифицировать по виду используемой первичной энергии и виду применяемых для этого преобразователей. Необходимо отметить, что преобладание того или иного вида электростанций в определённом государстве зависит в первую очередь от наличия соответствующих ресурсов. Электроэнергетику принято делить на традиционную и нетрадиционную .
Традиционная электроэнергетика
Характерной чертой традиционной электроэнергетики является её давняя и хорошая освоенность, она прошла длительную проверку в разнообразных условиях эксплуатации. Основную долю электроэнергии во всём мире получают именно на традиционных электростанциях, их единичная электрическая мощность очень часто превышает 1000 Мвт . Традиционная электроэнергетика делится на несколько направлений .
Тепловая энергетика
В этой отрасли производство электроэнергии производится на тепловых электростанциях (ТЭС ), использующих для этого химическую энергию органического топлива. Они делятся на:
Теплоэнергетика в мировом масштабе преобладает среди традиционных видов, на базе угля вырабатывается 46 % всей электроэнергии мира, на базе газа - 18 %, ещё около 3 % - за счет сжигания биомасс, нефть используется для 0,2 %. Суммарно тепловые станции обеспечивают около 2/3 от общей выработки всех электростанций мира
Энергетика таких стран мира, как Польша и ЮАР практически полностью основана на использовании угля, а Нидерландов - газа . Очень велика доля теплоэнергетики в Китае , Австралии , Мексике .
Гидроэнергетика
В этой отрасли электроэнергия производится на гидроэлектростанциях (ГЭС ), использующих для этого энергию водного потока .
ГЭС преобладает в ряде стран - в Норвегии и Бразилии вся выработка электроэнергии происходит на них. Список стран, в которых доля выработки ГЭС превышает 70 %, включает несколько десятков.
Ядерная энергетика
Отрасль, в которой электроэнергия производится на атомных электростанциях (АЭС ), использующих для этого энергию управляемой цепной ядерной реакции , чаще всего урана и плутония .
По доле АЭС в выработке электроэнергии первенствует Франция , около 70 %. Преобладает она также в Бельгии , Республике Корея и некоторых других странах. Мировыми лидерами по производству электроэнергии на АЭС являются США , Франция и Япония .
Нетрадиционная электроэнергетика
Большинство направлений нетрадиционной электроэнергетики основаны на вполне традиционных принципах, но первичной энергией в них служат либо источники локального значения, например ветряные, геотермальные, либо источники находящиеся в стадии освоения, например топливные элементы или источники, которые могут найти применение в перспективе, например термоядерная энергетика. Характерными чертами нетрадиционной энергетики являются их экологическая чистота, чрезвычайно большие затраты на капитальное строительство (например для солнечной электростанции мощностью 1000 Мвт требуется покрыть весьма дорогостоящими зеркалами площадь около 4-х км²) и малая единичная мощность . Направления нетрадиционной энергетики :
- Установки на топливных элементах
Также можно выделить важное из-за своей массовости понятие - малая энергетика , этот термин не является в настоящее время общепринятым, наряду с ним употребляются термины локальная энергетика , распределённая энергетика , автономная энергетика и др . Чаще всего так называют электростанции мощностью до 30 МВт с агрегатами единичной мощностью до 10 МВт. К ним можно отнести как экологичные виды энергетики, перечисленные выше, так и малые электростанции на органическом топливе, такие как дизельные электростанции (среди малых электростанций их подавляющее большинство, например в России - примерно 96 % ), газопоршневые электростанции , газотурбинные установки малой мощности на дизельном и газовом топливе .
Электрические сети
Электрическая сеть - совокупность подстанций , распределительных устройств и соединяющих их линий электропередачи , предназначенная для передачи и распределения электрической энергии . Электрическая сеть обеспечивает возможность выдачи мощности электростанций, её передачи на расстояние, преобразование параметров электроэнергии (напряжения , тока) на подстанциях и её распределение по территории вплоть до непосредственных электроприёмников.
Электрические сети современных энергосистем являются многоступенчатыми , то есть электроэнергия претерпевает большое количество трансформаций на пути от источников электроэнергии к её потребителям. Также для современных электрических сетей характерна многорежимность , под чем понимается разнообразие загрузки элементов сети в суточном и годовом разрезе, а также обилие режимов, возникающих при выводе различных элементов сети в плановый ремонт и при их аварийных отключениях. Эти и другие характерные черты современных электросетей делают их структуры и конфигурации весьма сложными и разнообразными .
Теплоснабжение
Жизнь современного человека связана с широким использованием не только электрической , но и тепловой энергии . Для того, чтобы человек чувствовал себя комфортно дома, на работе, в любом общественном месте, все помещения должны отапливаться и снабжаться горячей водой для бытовых целей. Так как это напрямую связано со здоровьем человека, в развитых государствах пригодные температурные условия в различного рода помещениях регламентируются санитарными правилами и стандартами . Такие условия могут быть реализованы в большинстве стран мира только при постоянном подводе к объекту отопления (теплоприёмнику ) определённого количества тепла, которое зависит от температуры наружного воздуха, для чего чаще всего используется горячая вода с конечной температурой у потребителей около 80-90 °C . Также для различных технологических процессов промышленных предприятий может требоваться так называемый производственный пар с давлением 1-3 МПа . В общем случае снабжение любого объекта теплом обеспечивается системой, состоящей из:
- источника тепла, например котельной ;
- тепловой сети , например из трубопроводов горячей воды или пара ;
- теплоприёмника, например батареи водяного отопления .
Централизованное теплоснабжение
Характерной чертой централизованного теплоснабжения является наличие разветвлённой тепловой сети, от которой питаются многочисленные потребители (заводы , здания , жилые помещения и пр.). Для централизованного теплоснабжения используются два вида источников:
- Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ );
- Котельные , которые делятся на:
- Водогрейные;
- Паровые.
Децентрализованное теплоснабжение
Систему теплоснабжения называют децентрализованной, если источник теплоты и теплоприёмник практически совмещены, то есть тепловая сеть или очень маленькая, или отсутствует. Такое теплоснабжение может быть индивидуальным, когда в каждом помещении используются отдельные отопительные приборы, например электрические, или местным, например обогрев здания с помощью собственной малой котельной. Обычно теплопроизводительность таких котельных не превышает 1 Гкал /ч (1,163 МВт). Мощность тепловых источников индивидуального теплоснабжения обычно совсем невелика и определяется потребностями их владельцев. Виды децентрализованного отопления:
- Малые котельные;
- Электрическое, которое делится на:
- Прямое;
- Аккумуляционное;
Тепловые сети
Тепловая сеть - это сложное инженерно-строительное сооружение, служащее для транспорта тепла с помощью теплоносителя, воды или пара, от источника, ТЭЦ или котельной, к тепловым потребителям.
Энергетическое топливо
Так как большинство из традиционных электростанций и источников теплоснабжения выделяют энергию из невозобновляемых ресурсов, вопросы добычи, переработки и доставки топлива чрезвычайно важны в энергетике. В традиционной энергетике используются два принципиально отличных друг от друга видов топлива.
Органическое топливо
Газообразное
природный газ , искусственным:
- Доменный газ;
- Продукты перегонки нефти ;
- Газ подземной газификации;
Жидкое
Естественным топливом является нефть , искусственным называют продукты его перегонки:
Твёрдое
Естественным топливом являются:
- Ископаемое топливо :
- Растительное топливо:
- Древесные отходы;
- Топливные брикеты ;
Искусственным твёрдым топливом являются:
Ядерное топливо
В использовании ядерного топлива вместо органического состоит главное и принципиальное отличие АЭС от ТЭС. Ядерное топливо получают из природного урана , который добывают:
- В шахтах (Франция , Нигер , ЮАР);
- В открытых карьерах (Австралия , Намибия);
- Способом подземного выщелачивания (Казахстан , США , Канада , Россия).
Энергетические системы
Энергетическая система (энергосистема) - в общем смысле совокупность энергетических ресурсов всех видов, а также методов и средств для их получения, преобразования, распределения и использования, которые обеспечивают снабжение потребителей всеми видами энергии. В энергосистему входят системы электроэнергетическая, нефте- и газоснабжения , угольной промышленности , ядерной энергетики и другие. Обычно все эти системы объединяются в масштабах страны в единую энергетическую систему , в масштабах нескольких районов - в объединённые энергосистемы . Объединение отдельных энергоснабжающих систем в единую систему также называют межотраслевым топливно-энергетическим комплексом , оно обусловлено прежде всего взаимозаменяемостью различных видов энергии и энергоресурсов .
Часто под энергосистемой в более узком смысле понимают совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, которые соединёны между собой и связаны общими режимами непрерывных производственных процессов преобразования, передачи и распределения электрической и тепловой энергии, что позволяет осуществлять централизованное управление такой системой . В современном мире снабжение потребителей электроэнергией производится от электростанций, которые могут находиться вблизи потребителей или могут быть удалены от них на значительные расстояния. В обоих случаях передача электроэнергии осуществляется по линиям электропередачи. Однако в случае удалённости потребителей от электростанции передачу приходится осуществлять на повышенном напряжении, а между ними сооружать повышающие и понижающие подстанции. Через эти подстанции с помощью электрических линий электростанции связывают друг с другом для параллельной работы на общую нагрузку, также через тепловые пункты с помощью теплопроводов, только на гораздо меньших расстояниях связывают между собой ТЭЦ и котельные. Совокупность всех этих элементов называют энергосистемой , при таком объединении возникают существенные технико-экономические преимущества:
- существенное снижение стоимости электро- и теплоэнергии;
- значительное повышение надёжности электро- и теплоснабжения потребителей;
- повышение экономичности работы различных типов электростанций;
- снижение необходимой резервной мощности электростанций.
Такие огромные преимущества в использовании энергосистем привели к тому, что уже к 1974 году лишь менее 3 % всего количества электроэнергии мира было выработано отдельно работавшими электростанциями. С тех пор мощность энергетических систем непрерывно возрастала, а из более мелких создавались мощные объединённые системы .
Глобальную энергетику ожидают большие перемены. В последние 10 лет в мире происходит стремительный рывок в сторону возобновляемых источников энергии. Темпы роста ветровой и солнечной энергетики в мире уже несколько лет подряд составляют 30% и более, что превышает темпы роста традиционной угольной и газовой энергетики на порядок. В кризисные 2008-2009 гг. этот рост не только не ослаб, он ускорился. И это произошло на фоне падения цен на традиционные энергоносители и, казалось бы, снова возросшую привлекательность газа, угля и нефтепродуктов.
Глобальная энергетика прирастает в основном за счет вводимых мощностей на основе ВИЭ, тогда как новая генерация на основе ископаемого топлива, как правило, лишь замещает устаревающие и неэффективные энергомощности. В 2009-2010 гг. в мире энергетики произошло знаковое событие. Впервые в истории суммарная мощность всех введенных мощностей ВИЭ превысила суммарную мощность новой топливной генерации. Тренды, наконец, пересеклись и продолжат движение в противоположных направлениях. Почему?
Общемировой тренд, мода. Правительства развитых стран, крупнейшие мировые производственные компании сделали выбор в пользу возобновляемой энергетики. Мировая элита находится в поиске нового направления развития экономики, нового приложения капитала и знаний. Одним из таких перспективных направлений пока видится именно возобновляемая энергетика.
Стоимостные показатели. Эпоха дешевых углеводородов подходит к концу. Добыча нефти, газа, угля все дальше уходит в море, в тайгу, на север или на юг. Сливки были сняты в ХХ веке. Бесспорно, что ресурсов нефти, газа и угля хватит еще на сотни веков, но эти ресурсы будут дорогими. Напротив, кВт установленной мощности ВИЭ за последние 30 лет подешевел на порядок. В некоторых случаях, цена электроэнергии, произведенной с использованием ВИЭ уже сегодня дешевле электроэнергии на углеводородном топливе.
Технический прогресс и новые технологии. Технологический прогресс, безусловно, затронул все отрасли мировой экономики. Но в области ВИЭ он в последние годы шел с заметным опережением. Эффективность оборудования увеличилась в несколько раз при постоянном снижении цены на него. Например, ветрогенераторы, установленные в Европе 10 лет назад уже морально и физически устарели. В топливной энергетике напротив, новые виды оборудования, как правило, изощреннее и дороже предшествующего.
Политические риски. Мир становится все более нестабильным, что заметно сказывается на волатильности цен на традиционные энергоносители, в конечной цене которых львиную долю составляет плата за «настроение» инвесторов и спекулянтов.
Инфраструктурные риски. Как следствие политических рисков, возникают сложности и сбои с поставками самих энергоносителей, районы добычи которых удалены от районов потребления. В середине ХХ века мир уже проходил через временной этап отказа от нефтепроводов (например, на аравийском полуострове) в пользу развития танкерных перевозок ввиду политической нестабильности в регионе. По-видимому, то же самое ожидает нас и в ближайшее время. Газовые трубопроводные мегапроекты в Евразии сталкиваются с массой конъюнктурных и политических рисков в странах транзита, на морях усиливаются влияния пиратов и т.д. Все это увеличивает риск недопоставки топлива, а соответственно, требуются большие затраты сопровождение и хранение энергоносителей.
Террористические риски. Инфраструктура топливной энергетики привлекает к себе повышенное внимание всевозможных экстремистских и радикальных сообществ. В этой связи в последние годы затраты на их охрану и безопасность возросли многократно. Объекты ВИЭ с этой точки зрения менее интересны: они маломощны, распределены по территории, их разрушение никак не угрожает жизни окружающих людей (нет смысла взрывать морской ветропарк, например).
Распределенная генерация. Все перечисленные выше риски постепенно формируют новый мировой тренд - рост мощностей распределенной генерации - переход от крупных генерирующих объектов к гораздо более мелким энергокластерам. И в эту парадигму очень удачно вписывается и энергетика на основе ВИЭ, не требующая для собственного развития создания дорогостоящей транспортной инфраструктуры (как для подвоза энергоресурсов, так и для передачи электроэнергии). Распределенная генерация на ВИЭ логично вписывается и в проблему энергосбережения и повышения энергоэффективности: большая часть энергии потребляется в месте ее производства, что исключает потерь электроэнергии при транспорте.
Экологические факторы. Здесь преимущества энергетики на основе ВИЭ по сравнению с топливной энергетикой бесспорны. Возобновляемая энергетика в качестве энергоресурсов использует энергию солнца, либо продукты жизнедеятельности человека.
Плюсы-минусы
Возобновляемую энергетику нельзя в полной мере приравнивать к зеленой. У нее тоже есть свои противники - экологи, политологи, энергетики. Так, распространено мнение, что большая ветроэнергетика является источником низкочастотных колебаний, губительных для всего живого. Бесчисленное множество птиц якобы пострадало от ветрогенераторов, а морские ветропарки вносят серьезные помехи в навигационное мышление перелетных птиц и мешают косякам рыб ориентироваться в море.
Однако, существует официальная статистка, которая говорит о том, что, например, в Германии, от работы лопастей в год погибло в 2009 году целых 3 птицы. И «неумные» немцы упорно продолжают строить жилые дома прямо под башнями ветроэлектростанций мегаваттного класса.
Солнечная энергетика также не идеальна с точки зрения «зелености». Технология получения сырья для солнечных модулей основана на хлорной химии, которая убивает все вокруг. Дескать, на этапе производства солнечных модулей полностью исчерпывается «зеленый» эффект солнечной энергетики.
По каждому из видов альтернативной энергетики можно привести подобные контраргументы.
Из двух зол принято выбирать меньшую. Мало кто при этом задумывается о загрязнении мирового пространства такими отраслями, как добыча полезных ископаемых, металлургия, традиционная большая энергетика (топливная и нетопливная). Их «вклад» мы только начинаем осознавать.
У солнечной и ветровой генерации действительно есть другие, гораздо более серьезные проблемы технологического характера. Солнце не светит ночью, солнечные модули не работают от сияния звезд и луны. Ветроэлектростанция не работает при слабом ветре или штиле. Непостоянство производства энергии во времени является действительно серьезной проблемой некоторых отраслей нетрадиционной энергетики, что неблагоприятно сказывается на КИУМ электростанций на ВИЭ, а, следовательно, на цене и сроках окупаемости проектов ВИЭ. Но для развития ВИЭ в глобальном плане эта проблема не имеет большого значения. Доказательством этому служит опыт Дании. В этой небольшой европейской стране на протяжении последних 5-7 лет доля ветровой генерации в структуре всей электроэнергетики по показателю мощности составляет около 20-25%. При этом в отдельные ветряные ночи ветроэнергетика покрывает все потребности страны в электроэнергии! В безветренную погоду доля ветроэнергетики никогда не снижается до нуля и колеблется на уровне 5-10% общих потребностей страны в электроэнергии. Это объясняется тем, что ветроэлектростанции относительно равномерно распределены по всей территории страны и полное отсутствие ветра во всех точках крайне маловероятно. В дни штиля датчане покрывают дефицит собственной генерации электроэнергией из Норвегии, выработанной на местных гидроэлектростанциях. Описанный выше вариант функционирования альтернативной энергетики позволяет сделать несколько интересных выводов, справедливых как для Дании, так и для любой другой страны:
Даже в Дании энергетика на основе ВИЭ не ставит перед собой целью полностью вытеснить традиционную энергетику, хотя в глобальном плане утверждены ориентиры к 2030 году довести долю ветроэнергетики в структуре энергопроизводства страны до 50%.
- Альтернативная энергетика скорее удачно дополняет традиционную энергетику, позволяя достаточно гибко реагировать на изменения спроса. Базовая выработка электроэнергии даже в наиболее развитых с точки зрения развития ВИЭ странах все равно базируется на топливной генерации. Такое положение в ближайшие годы не изменится, поскольку пока не придуманы и не опробированы технологии накопления и распределения больших объемов энергии и сеть небольших электростанций на основе ВИЭ все еще не развита повсеместно.
- Энергетика на основе ВИЭ максимально эффективна в случае комбинации нескольких ее видов или в случае комбинации с традиционной энергетикой и использовании интеллектуальных сетей (smart grid)
Место России
Где же место России в мире глобальной возобновляемой энергетики? По показателю установленной мощности энергетики на ВИЭ (без учета большой гидроэнергетики) РФ занимает место близкое к концу первой сотни, по показателю доли ВИЭ в структуре энергетического баланса (менее 1%) мы уже за пределами первой сотни стран. Более чем в ста странах мира в той или иной степени на законодательном уровне закреплена поддержка энергетики на ВИЭ. Из всех развитых стран мира только в РФ фактически отсутствуют работающие законодательные инициативы по поддержке ВИЭ, не говоря уже о прямых мерах по стимулированию ВИЭ типа «зеленых» тарифов. Россия пока находится в стороне… И это при том, что еще несколько десятилетий назад, в средине XX века СССР был пионером развития энергетики на основе ВИЭ в мире.
В чем причина такого состояния дел? Возможно, у нас свой особый путь развития экономики? Может быть, Запад блефует, преумножая достоинства альтернативной энергетики?
Консервативность политической элиты, нежелание реального развития страны, боязнь и недоверие к новым технологиям. Мощное «антиальтернативное» нефтегазовое лобби на уровне первых лиц государства, а также тотальное господство мифов о дороговизне, малой эффективности и неконкурентоспособности энергетики на основе ВИЭ, основанное на информации и статистике середины 1980-х гг., в соответствующих министерствах привели к полному застою в этой области в РФ. Мы пропускаем вперед даже слаборазвитые страны Тропической Африки, Латинской Америки и Океании, в которых как грибы после дождя созревают соответствующие законы, принимаются программы поддержки развития ВИЭ, осуществляются первые проекты. Для развивающихся стран это шанс построить новую энергетику и перейти на следующий виток экономического развития минуя углеводородную стадию.
Интересно, что даже такие «углеводородные» гиганты, как ОАЭ, Катар не стесняются идти в ногу со временем по вопросам развития ВИЭ. Более того, эти страны наряду с развитыми странами Европы и США стремятся занять лидирующие позиции в этом направлении энергетики. В ОАЭ развивается проект МАСДАР, включающий в себя первый в мире ультрасовременный экогород полностью на ВИЭ с технологическим университетом со специализацией на ВИЭ, жилыми, общественными, торговыми зданиями.
Пекин и Лондон - олимпийские столицы 2008 и 2012 гг., сделали ставку на использование энергосберегающих технологий и ВИЭ. В Устье Темзы к открытию Игр планируется запустить крупнейший в Великобритании, да и во всей Европе ветропарк London Array мощностью свыше 1 ГВт. Напротив, в концепции олимпиады в Сочи заложены «антизеленые» принципы: превращение заповедника в стройку, строительство тепловых электростанций, спорные решения «мусорной проблемы», еще большее уплотнение г. Сочи. Практически ни одна из инициатив по использованию ВИЭ и современных решений по энергосбережению не находят поддержки и разбиваются о стену коррупционных задвижек.
И все-таки, энергетике на основе ВИЭ быть и в России. Она уже развивается и рост постепенно ускоряется. Тому есть объективные причины:
Потенциал ресурсов. В России самые большие в мире ресурсы ВИЭ, причем практически всех видов. В некоторых точках сочетание местных условий способствует практически одномоментной окупаемости проектов на основе ВИЭ. Например, проекты по энергообеспечению удаленных от инфраструктуры объектов, биогазовые кластеры, производство древесных пеллет, нулевые дома и т.д. Указанные направления ВИЭ уже успешно развиваются даже без специальных мер поддержки ВИЭ от государства.
Поддержка. Развитие энергетики на основе ВИЭ в РФ до последнего времени шло «снизу», силами инженеров, любителей, небольших творческих коллективов и энтузиастов. В последние годы появляется и мощная поддержка по развитию ВИЭ и «сверху» - Русгидро, Ренова, Роснано, Ростехнологии и Росатом постепенно включаются в процесс создания рынка ВИЭ в РФ.
Упадок инфраструктуры. Новым собственникам, застройщикам и девелоперам все сложнее и дороже согласовать подключение к энергосетям, газопроводу. Есть существенные ограничения по располагаемым мощностям. Энергосетевому хозяйству страны требуется масштабная модернизация, которая, по-видимому, пойдет по пути развития децентрализованной генерации.
Развитие территории и новое строительство. На территориях, где нет готовой инфраструктуры (электросетей, газопроводов) приходится искать альтернативные пути энергообеспечения новых объектов инфраструктуры. В наиболее энергодефицитных регионах выбор все чаще делается в пользу собственной генерации на основе ВИЭ. Топить бензином и дизтопливом с каждым днем становится все дороже.
Рост тарифов. Важнейшим драйвером роста генерации на основе ВИЭ становится последовательное доведение внутрироссийских цен на газ и электроэнергию до западного уровня. Полный переход к равнодоходным с европейскими газовым тарифам, либерализация рынка электроэнергетики приведут к тому, что без использования генерации на основе ВИЭ и энергосбережения российским потребителям будет сложно обеспечить свою конкурентоспособность.
альтернативная этнергия, биотопливо, биогаз, энергия ветра, энергия солнца, энергосбережение
От редакции: Сегодня не утихают споры о целесообразности и эффективности совместного использования объектов «малой» и «большой» энергетики. Предлагаем Вашему вниманию статью, в которой приводится мнение одного из ведущих российских специалистов.
Роль «малой» энергетики в решении проблем «большой» энергетики
К. т.н. А. А. Салихов, директор Департамента мобилизационной подготовки оперативного контроля, ГО и ЧС в ТЭК, Министерство энергетики РФ
(из книги А.А. Салихова «Неоцененная и непризнанная «малая» энергетика», М.: Издательство «Новости теплоснабжения», 2009 г.)
Проблемы надежности энергоснабжения
Одной из важнейших задач, которая сегодня стоит перед энергетиками, является повышение надежности энергоснабжения потребителей. Она зависит от многих причин, но основными из них являются:
■ появление в целом ряде регионов России дефицита в электрической энергии из-за роста энергопотребления;
■ моральное и физическое старение оборудования энергопредприятий;
■ недостаточная сбалансированность между потреблением и генерацией в сочетании с ветхостью и недостаточной пропускной способностью электрических сетей;
■ угроза террористических актов в отношении энергетических объектов, ЛЭП, газо- и нефтепроводов;
■ аномальные и стихийные климатические явления.
Исторически сложилось, что на территориях с развитой генерацией количество электростанций достигает десятка, тогда как в большинстве республик, краев и областей их можно пересчитать по пальцам. Например, на территории Калмыкии вообще нет генерирующих источников, в Курганской области одна ТЭЦ, Марийская и Мордовская республики имеют по 2-3 источника, суммарная мощность которых колеблется от 250 до 350 МВт, в Ивановской и Омской областях всего по 3 электростанции. И этот список можно продолжить. Ясно, что надежность энергоснабжения конечных потребителей в такой ситуации определяется, в основном, надежностью работы электросетевого хозяйства региона (подстанций и электрических сетей).
Надежность же работы самих электростанций, а следовательно, и надежность поставки продукции в сети, зависит от количества одновременно работающих турбогенераторов, котлов. В летнее время на некоторых ТЭЦ из-за отсутствия или отказа потребителей от тепловых нагрузок возникают режимы, когда приходится
оставлять в работе один турбогенератор с одним котлом. При этом резко увеличивается вероятность посадки этой станции на нуль.
Также общеизвестно, что столицы республик, областей и краев, т.е. большие города регионов, особенно «миллионники», зимой и летом испытывают дефицит в электрической мощности, которая традиционно доставляется по ВЛ-500, 220 кВ от крупных энергоисточников - ГЭС, ГРЭС, АЭС, расположенных далеко от этих городов. Поэтому надежность электроснабжения крупных городов также в значительной степени уязвима из-за отсутствия баланса генерации и потребления в пределах самого города.
О термине «малая» энергетика
Надо сказать, что в энергетической литературе до сих пор нет четкой трактовки этого понятия.
Обычно понятие «малая» энергетика включает в себя генерирующие установки мощностью до 30 МВт - это маломощные теплоэлектроцентрали (за рубежом их чаще называют «когенерирую-щие установки»), малые гидроэлектростанции, установки, перерабатывающие энергию ветра и солнца, и т.д. Известен еще один термин - «распределенная» энергетика. Это определенный уклад системы организации электро- и теплоснабжения в регионе. Это пласт и диапазон мощностей агрегатов, которые потенциально могут быть установлены как генерирующие источники на разбросанных по территории региона объектах, работающие в общую сеть, а также и на существующих ныне электростанциях, особенно на ТЭЦ. Образуется так называемая распределенная (рассредоточенная) по территории региона сеть электростанций (или распределенная энергетика), в основном из объектов «малой» энергетики.
Так что, термины «малая» и «распределенная» энергетика в рассматриваемом случае являются синонимами и употребляются, чтобы обозначить ту нишу, которая пока не востребована и не занята в отечественной энергетике.
Объекты «малой» энергетики и их размещение
«Малая» энергетика может сыграть весьма важную и положительную роль в повышении комплексных показателей эффективности и надежности «большой» энергетики.
Чтобы лучше понять некоторые технические аспекты распределенной энергетики, представим себе следующее. На территориях, где раньше размещались 2-3 крупных генерирующих источника, появляются несколько десятков центров генерации, расположенных преимущественно в районных центрах, маленьких городах и на территориях предприятий. Электрическую энергию эти потребители раньше получали издалека по электрическим сетям, но сейчас она производится и, в основном, потребляется непосредственно на месте. Если возникает излишек, то продукция отпускается во внешнюю сеть; если дефицит, то недостающая часть баланса, как и раньше, поступает по электрическим сетям.
Очевидно, что надежность энергоснабжения потребителей при появлении объектов «распределенной» энергетики резко возрастает. Ранее отключение единственной действовавшей магистральной электрической сети привело бы к отключению всех потребителей, подключенных к этой линии. С появлением генерирующих источников на местах можно создать такие устойчивые системы и связи, что если не все, то многие потребители не почувствуют отключение той или иной линии по каким-то причинам. Хотя в некоторых случаях (например, при достаточно развитой мощности ветроэлектростанций) они могут усложнить работу системного оператора, но эта проблема чисто инженерная и легко решаемая. Однако думается, что ни у кого не вызывает сомнения тот факт, что «малая» энергетика в виде распределенных по территории региона генерирующих источников существенно повышает надежность энергоснабжения потребителей. Реализация концепции распределенной энергетики будет способствовать снижению физических потерь в существующих электрических сетях из-за уменьшения перетоков по линиям электропередач. Поэтому вопросы развития и технического перевооружения электрических сетей и размещения генерирующих источников в регионах должны рассматриваться в комплексе и совместно. Это может способствовать оптимизации (существенному снижению) затрат как при размещении генерации, так и при обновлении сетевого хозяйства на местах в сравнении с вариантом решения этих проблем независимо друг от друга. В свою очередь, у сетевиков появится возможность концентрировать финансовые средства для реализации проектов строительства стратегически важных ЛЭП и ПС, способствующих дальнейшему развитию Единой Энергетической Сети России. Можно будет осуществить переброску мощностей крупных перспективных Сибирских угольных ТЭС, ГЭС в зоны Уральского и Центрального регионов, а также построить линии для экспортных поставок за рубеж.
Размещение источников генерации «малой» энергетики не должно быть самоцелью. Результат ее внедрения должен заключаться в повышении не только надежности, но и эффективности и других важных показателей энергопроизводства. В первую очередь, необходимо реализовать возможность ликвидации или уменьшения дефицита энергомощностей крупных городов с полумиллионным и миллионным населением. Как правило, это областные и краевые центры, столицы республик. Современные объекты распределенной энергетики позволяют осуществить этот замысел с большим экономическим эффектом.
Сегодня уже многим понятно, что существующие традиционные ТЭЦ (как правило, работающие на газообразном топливе) являются прекрасным объектом для установки там ГТУ мощностью от 20 до 150 МВт в качестве надстройки к существующей инфраструктуре. В секторе теплоснабжения страны действуют 486 ТЭЦ, и их потенциал надстроек таков, что ТЭЦ России готовы вместить в себя несколько инвестиционных проектов размером 30-40 тыс. МВт.
Эти довольно мощные объекты «распределенной» энергетики будут располагаться на территории действующих ТЭЦ таким образом, что их установленная мощность может в зависимости от потребности города и региона возрасти на несколько сотен мегаватт, вплоть до обеспечения баланса потребности города в электрической энергии и мощности.
Следующими потенциально интересными объектами размещения «малых» генерирующих источников в виде ГТУ являются многочисленные котельные, расположенные не только в больших, но и в малых городах, а также в поселках городского типа. Их по стране насчитывается около 6,5 тыс. от 20 до 100 Гкал/ч, более 180 тыс. котельных меньшей мощности, где с термодинамической точки зрения газ сжигается неразумно.
Ныне во многих регионах 40-60% газового топлива горит в коммунальных котельных и в быту для нужд населения. Здесь могут найти широкое применение объекты «малой» энергетики мощностью от сотен кВт до нескольких МВт. И они реально будут распределены по территории региона.
Проблема размещения объектов «малой» энергетики на территориях действующих предприятий
Противники надстройки существующих ТЭС газотурбинными установками очень часто приводят такие аргументы, как нехватка площадей на генплане действующих станций. По этому поводу необходимо констатировать следующее. Практически все наши действующие ТЭС и котельные, построенные по нормам и правилам проектирования энергообъектов советского времени, занимают большие площади. Западные специалисты на таких же площадях по своим нормам вместо одного нашего объекта располагают несколько.
При этом ни по эстетическим, ни по технико-экономическим показателям западные станции нашим не проигрывают.
Давно назрела необходимость пересмотра многих Норм и Правил, которые препятствуют внедрению новых технологий. Это относится и к ГОСТам, и СНиПам, и другим НТД. Например, требование СНиП о запрещении прокладки газопроводов высокого давления по территории городов и населенных пунктов в нашей стране усложняет строительство газотурбинных электростанций. В большинстве стран Западной Европы газопроводы под давлением 60-70 кгс/см2 проложены до центра больших городов, что, естественно, упрощает внедрение газотурбинных технологий.
В новых Правилах должны быть введены такие требования и нормы, как МВт/га в отношении генпланов, МВт/м 2 и МВт/м 3 в отношении главных корпусов.
С другой стороны, «нет худа без добра». На больших территориях наших электростанций и котельных, обеспечивая все требования промышленной безопасности, можно построить или пристроить значительные мощности на базе современных технологий. Например, надстройка Казанской ТЭЦ-1 двумя ГТУ по 25 МВт практически не привела к значительному изменению существующей инфраструктуры и площадей.
Роль «малой» энергетики в обеспечении энергетической безопасности России
«Малая» энергетика способна сыграть свою положительную роль в обеспечении энергетической безопасности страны. Маркетинговые исследования, проведенные по оценке рынков СМР, ПИР, оборудования, стройматериалов, необходимых для реализации проектов 5-летней инвестиционной программы Холдинга РАО ЕЭС по объектам тепловой генерации, показали, что возможности отечественного машиностроения не способны удовлетворить планы обновления тепловой генерации страны. По объему вводимых мощностей мы будем вынуждены прибегнуть к услугам иностранных фирм. И это, в первую очередь, касается оборудования мощных блоков П ГУ 400, 800 МВт.
Как уже было сказано, имеющийся мощный потенциал теплового рынка многочисленных котельных в процессе производства дешевой электроэнергии пока не задействован. По статистической отчетности его величина в целом по стране оценивается цифрой 1 млрд Гкал.
При этом их суммарная установленная мощность при круглогодичном использовании равнялась бы 100 тыс. МВт. Как видно, это почти три 5-летние инвестиционные программы Холдинга по 34 тыс. МВт. Если взглянуть на этот потенциал с точки зрения повышения эффективности использования поставляемого газа, то сжигание его когенерационным способом позволило бы уменьшить потребление газа до 1,5 раз, или в столько же раз увеличить генерацию электрической и тепловой энергии при сохранении уровня потребления поставляемого газа.
Для надстройки этих котельных могут быть востребованы ГПА и ГТУ мощностного ряда от 1 до 30 МВт. ГПА отечественного производства, удовлетворяющих требованиям энергетики, пока почти нет. А вот отечественные производители ГТУ мощностного ряда от 2,5 до 25 МВт буквально выстроились на старте и ждут лишь отмашки. Это отечественные моторостроительные авиационные заводы. Их оборудование уже прошло этап апробирования для наземных целей, находит широкое применение на объектах «Газпрома», и используется как опытно-промышленные энергоисточники в других отраслях. Потенциал отечественного авиационного машиностроения для энергетики пока еще ни со стороны энергетиков, ни со стороны коммунальщиков не востребован. Для ГТУ «малой» энергетики сопутствующее оборудование: котлы-утилизаторы, генераторы и др. также может быть поставлено отечественными производителями. По мере наработки опыта, числа часов использования и числа агрегатов и последующего усовершенствования, отечественная «малая» энергетика будет способна успешно конкурировать с агрегатами производства передовых иностранных фирм. Да и сейчас показатели эффективности у многих из них уже находятся на передовом мировом уровне, хотя как было выше сказано, при комбинированном способе их использования этот показатель определяющей роли не играет. Возможность же их производства на нескольких отечественных заводах дает заказчику право выбора, оптимизируя их стоимость. В свою очередь, «малая» энергетика способна внести большой вклад в дело обеспечения энергетической независимости России.
Моральный и физический износ существующих генерирующих мощностей «большой энергетики» находится на критическом уровне, а новые много миллиардные инвестиции, в условиях кризиса невозможны, выход в пересмотре развития энергетической концепции, в сторону обеспечения энергобережливости и энергоэффективности производств даже в тех зонах, где большая энергетика до сего времени рассматривалась как безальтернативная. Отсутствие инвестиций в сетевые мощности, привело к введению платы за технологическое присоединение к сетям. Для потребителя это значительные, а порой и «неподъемные» суммы. Более того, есть регионы, где даже за плату получить мощность невозможно - ее просто нет.
В этом случае оптимальное (а порой, и единственное) решение - малая энергетика. Понятие "малая энергетика" обычно включает в себя расположенные в непосредственной близости от потребителя или группы потребителей, энергогенерирующие установки мощностью до 25 МВт.
К объектам малой энергетики относятся малые ГЭС и ТЭЦ, биогазовые, ветроэнергетические и солнечные установки, газовые и дизельные электростанции. Преимущества таких объектов это высокая автономность и эффективность, экологичность, существенно меньше инвестиций и малые сроки создания, что позволяет потребителю не зависеть от централизованного энергоснабжения и его состояния и использовать оптимальные для данных условий источники и средства производства энергии. Строительство когенерационной ТЭЦ мощностью 1МВт «под ключ» стоит в среднем 1 000 000- 1 200 000 евро.
Поэтому сегодня высок интерес к малой энергетике, как со стороны владельцев промышленных предприятий, так и региональных и муниципальных руководителей. Потребность в объектах малой энергетики, и реконструкции существующих настолько высока, что нет практически ни одного населенного пункта, промпредприятия или района, где не требовалась бы новая генерация.
В России наибольшее распространение получили газовые и дизельные теплоэлектростанции, работающие по принципу когенерации .
Когенерация - это технология комбинированной выработки двух форм полезной энергии (электрической и тепловой) из одного первичного источника топлива. Только при оптимальном использовании обоих форм энергии достигается наибольший экономический эффект когенерации в малой энергетике.
Оценка среднего коэффициент использования топлива при раздельном производстве электрической и тепловой энергии в большой энергетике:
При этом потери при передаче электроэнергии на большие расстояния могут достигать 30%, а тепловой, в случае изношенных сетей - 70%.
Оценка среднего коэффициент использования топлива когенерационного цикла:
Следует заметить, что при этом когенерационная установка отличается значительно меньшими эксплуатационными расходами (одна единица основного оборудования производит оба вида энергии в одном цикле), простотой в обслуживании, легкостью и малыми затратами на монтаж, малыми сроками доставки и производства.
Наиболее рентабельны проекты строительства энергоцентров при промышленных предприятиях, имеющих двух-трех сменный режим работы. В этом случае, коэффициент загрузки оборудования будет близок к 90%, что значительно снизит сроки окупаемости проекта (3-5 лет).
Выгодно принимать участие в технической реконструкции существующих объектов малой энергетики, используя при этом новое оборудование и современные технологии. Такие объекты, как правило, находятся в районе с развитой инфраструктурой и проблем со сбытом тепла и электричества не возникает.
Обеспечивать энергоносителями объекты ЖКХ выгодно, в первую очередь, с политической точки зрения, экономика, в подобных проектах, на втором плане. Хотя семилетняя окупаемость проектов тоже является привлекательной.
Малая энергетика требует благоприятного инвестиционного климата, должной государственной (как региональной, так и федеральной) поддержки, решения вопросов газификации региона или отдельно взятого предприятия. На первом этапе это и технические вопросы, и лимиты на газ. На втором этапе, выбирается техническое решение, подбирается оборудование, проектная организация, схема финансирования, генеральный подрядчик.
Как правило, в регионах, нет специалистов способных возглавить процесс организации строительства энергоцентров от начального этапа до ввода его в эксплуатацию. И как следствие, на каждом этапе Заказчика ждут подводные камни и недобросовестные консультанты. В итоге замедляются сроки строительства, теряется финансовая привлекательность проекта.
ООО «ТрансДорСтрой» сегодня решает весь комплекс вопросов связанных со строительством объектов малой энергетики от финансирования строительства, газификации, получения всех необходимых разрешений и согласований, до сдачи объекта под ключ и последующей эксплуатации.
География уже выполненных проектов обширна это: Курская область, Новосибирская область, Алтайский край, Республика Алтай, Московская область, республика Коми и т.д.
Результат работы с нами это значительный экономический эффект, от общего увеличения эффективности и стабильности функционирования энергосистемы за счет снижения потерь и увеличения КПД, экономии природных ресурсов, улучшения экологической обстановки.
