CC BY
64
SCIENCE TIME
ПРОГНОЗ РАЗВИТИЯ ЭНЕРГЕТИКИ ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ ДО СЕРЕДИНЫ XXI ВЕКА
Соломин Сергей Владимирович, Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентъева СО РАН, г. Иркутск
E-mail: solomin@isem.sei.irk.ru
Аннотация. В статье исследованы перспективы развития производства электроэнергии и тепла в Иркутской области в первой половине 21-го века. Проведены расчёты для трёх сценариев развития энергетики.
Ключевые слова: энергетика, Иркутская область, прогноз.
Энергосистема Иркутской области входит в состав ОЭС Сибири и включает в себя 15 действующих тепловых электростанций (теплоэлектроцентралей, или ТЭЦ) и 4 гидроэлектростанции (ГЭС), объединённых на параллельную работу электрическими сетями напряжением 500, 220 и 110 кВ.
В 2010 г. было выработано 62,4 ТВтхч электроэнергии, в том числе 79 % -на гидроэлектростанциях, и 49,1 млн. Гкал тепловой энергии, в том числе 63 % -на ТЭЦ [1].
Для исследования перспектив развития энергетики и структуры энергетических технологий Иркутской области на период до 2050 г. была разработана специальная модель. Она представляет собой модификацию оптимизационной модели GEM [2, 3], выполненную применительно к задачам региональных энергетических исследований [4].
Математическая модель. Каждая технология j из списка J в регионе (узле) rlR в период tIT характеризуется: а) установленной мощностью - xtrj;
б) удельными техническими показателями - atrj;
в) экономическими оценками (удельными приведенными затратами) - ctrj. В качестве целевой функции для оптимизации выбраны суммарные дисконтированные затраты на развитие и функционирование энергетической системы:
Введение
найти шт 2 = С1г]Х1г] ,
1 г ;
при условии обеспечения заданных энергетических нагрузок, с учётом ограничений на использование (добычу) первичных энергоресурсов, балансов производства и потребления первичных и вторичных энергоносителей, технологических и экологических ограничений [4, 5].
В настоящей работе использовано разделение Иркутской области на 3 региона (Центр, Юг и Север области) [4]. Подразделение на узлы внутри Иркутской области обусловлено соображениями близких условий топливо- и энергоснабжения.
Энергопотребление. В применяемой модели потребности в энергии разделены на 2 группы - централизованные и децентрализованные. Потребление электрической и тепловой энергии разделено на категории (секторы энергопотребления), каждой из которых соответствуют определённые энергетические технологии [6-11]. Выполнен прогноз основных показателей развития Иркутской области (табл.1) на период до 2050 г. для трёх сценариев.
Таблица 1
Прогноз основных показателей Иркутской области
Сценарии Годы
2010 2020 2030 2040 2050
Население, млн. чел.
Сценарий 1 2,4 2,4 2,2 2,2 2,1
Сценарий 2 2,4 2,4 2,3 2,3 2,3
Сценарий 3 2,4 2,4 2,5 2,6 2,7
Валовой региональный продукт, млрд. руб.
Сценарий 1 542,3 750,0 1100,0 1340,9 1556,2
Сценарий 2 542,3 910,0 1580,0 2022,5 2514,2
Сценарий 3 542,3 940,0 1885,0 3070,5 4545,0
Производство электроэнергии, ТВт* ч/год
Сценарий 1 62,4 62,5 67,5 71,0 74,0
Сценарий 2 62,4 71,7 77,6 82,5 87,0
Сценарий 3 62,4 75,2 83,2 90,0 96,0
Производство тепловой энергии, млн. Гкал/год
Сценарий 1 49,1 49,5 51,6 52,5 53,5
Сценарий 2 49,1 52,1 54,3 57,0 59,0
Сценарий 3 49,1 56,5 61,8 65,0 67,5
-т
SCIENCE TIME
Энергетические ресурсы. Иркутская область располагает значительными ресурсами органических топлив. Доступные к извлечению ресурсы Иркутской области оцениваются следующим образом: нефти - 3 млрд. т у.т. (из них только 0,7 млрд. т у.т. разведаны в настоящее время), газа - 10 млрд. т у.т. (в том числе 3,2 млрд. т у.т. уже разведаны), угля -35 млрд. т у.т (из них 8,1 млрд. т у.т. разведанных запасов) [1, 4].
Технически возможные к использованию гидроэнергоресурсы оцениваются примерно в 84 ТВт*ч/год [4, 12]. Для нужд энергетики возможно использование около 8 млн. т у.т./год древесного топлива [13].
Среднегодовая скорость ветра на большей части территории области не превышает 3-3,5 м/с (на высоте 10 м от поверхности Земли) и лишь в районах побережья озера Байкал достигает 4-5 м/с [14-16]. Приход солнечной радиации на юге области и в средней части озера Байкал составляет 1,2-1,3 тыс. кВт*ч/м , что сопоставимо с солнечной инсоляцией наиболее перспективных для размещения солнечных установок южных районов страны [13, 17, 18]. Результаты расчётов. Прогнозная структура производства электроэнергии и тепла приведены на рис. 1 и рис.2 (сокращения на рисунках: ЖТ - жидкое топливо, НВИЭ - нетрадиционные возобновляемые источники энергии, ЭЭ -электрическая энергия).
Производство электроэнергии
■ уголь
□ газ
□ биомасса
2030 год
ЙЖТ 0 гидро
□ НВИЭ
2050 год
■ уголь Ш ЖТ
□ газ □ гидро
□ биомасса □ НВИЭ
100% П 80% -60% -40% -20% -0%
iS LlLL
■ I
Сц.1 Сц.2 Сц.3
100% 80% 60% 40% 20% 0%
-_--- ------_--- ----/У
Сц.1 Сц.2 Сц.3
Рис. 1 Прогнозная структура производства электроэнергии в Иркутской области для трёх сценариев
т-
475
SCIENCE TIME
Кроме различия уровней энергопотребления (табл.1), предполагалось некоторое улучшение показателей возобновляемых источников энергии (удешевление на 15-20 %) и реализация мер по стимулированию их внедрения [19] в сценарии 3.
Производство тепловой энергии
2030 год
■ уголь
□ газ
□ НВИЭ
100% П
80% : ш
60% :
40% :
20% :
0% :
□ биомасса ЙЖТ
□ ЭЭ
га и
■ уголь
□ газ
□ НВИЭ
2050 год
□ биомасса
□ ЖТ
ЕЭЭЭ
100% п 80% : 60% : 40% : 20% : 0%
Сц.1 Сц.2 Сц.3
Сц.1 Сц.2 Сц.3
Рис. 2 Прогнозная структура производства тепловой энергии в Иркутской
области для трёх сценариев
В перспективе большая часть прироста выработки электроэнергии и тепла будет осуществляться за счёт использования газа и биомассы, причём значительная часть выработки электроэнергии и тепла может осуществляться системами когенерации (крупными ТЭЦ и мини-ТЭЦ). Потребуется строительство Тельмамской ГЭС на реке Мамакан, а также малых ГЭС в зонах децентрализованного электроснабжения.
Во второй четверти века в сценарии 2 и особенно в сценарии 3 растёт использование ветровой и солнечной энергии. С учётом случайного характера генерации этих энергоисточников и несовпадения графиков выработки электроэнергии с графиками нагрузки возможно использование части электроэнергии ветровых и солнечных электростанций для теплоснабжения [20, 21] или для производства водорода [22-24].
Литература:
1. Стратегия развития топливно-энергетического комплекса Иркутской области до 2015-2020 гг. и на перспективу до 2030 года (Основные положения). -Иркутск, 2012. - 97 с.
2. Беляев Л.С., Марченко О.В., Соломин С.В. Исследование долгосрочных тенденций развития энергетики России и мира // Известия РАН. Энергетика. -2011. - № 2. - С. 3-11.
3. Filippov S.P., Savin V.V., Beresentsev M.M. et al. Global Energy Model - updating of the GEM-Dyn // 30th USAEE/IAEE North American Conf. "Changing Roles of Industry, Government and Research". Washington, October 9-12, 2011. -[Электронный ресурс]. - Режим доступа. - URL: http://www.usaee.org/usaee2011/ submissions/ExtendedAbs/IAEE_Abstract_WorldEnergyModels2011 -05-15_isp.doc .
4. Соломин С.В., Кейко А.В. Исследование перспектив развития структуры энергетических технологий Иркутской области на региональной энергетической модели // Труды XII Байкальской Всеросс. конф. "Информационные и математические технологии в науке и управлении". Часть I. - Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2007. - C. 128-135.
5. Filippov S.P., Savin V.V., Beresentsev M.M. et al. Forecasts for Energy Developments in China, Japan, and Korea based on the Global Energy Model // 3 rd Asian IAEE Conference "Growing Energy Demand, Energy Security and the Environment in Asia", Japan, Kyoto, 20-22 February (Abstract). - [Электронный ресурс]. - Режим доступа. - URL: http://eneken.ieej.or.jp/3rd_IAEE_Asia/pdf/ abstract/081_ab.pdf .
6. Марченко О.В., Соломин С.В. Исследование долгосрочных перспектив использования возобновляемых источников энергии для децентрализованного энергоснабжения. - Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2006. - 62 с.
7. Марченко О.В., Соломин С.В. Исследование долгосрочных тенденций развития возобновляемых источников энергии // Перспективы энергетики. -2007. - Т. 11. - № 1. - С. 9-18.
8. Марченко О.В., Соломин С.В. Анализ экономической эффективности возобновляемых источников энергии в децентрализованных системах энергоснабжения // Альтернативная энергетика и экология. - 2009. - № 5. - С. 78 -84.
9. Марченко О.В., Соломин С.В. Системные исследования эффективности возобновляемых источников энергии // Теплоэнергетика. -2010. - № 11. - С. 1217.
10. Марченко О.В., Соломин С.В. Возобновляемые источники энергии для автономных энергосистем: долгосрочные перспективы. - Saarbrücken: Lambert Academic Publishing, 2013. - 92 с.
11. Марченко О.В., Соломин С.В. Сравнение экономической эффективности ядерных и неядерных источников электрической энергии // IV Международная конференция "Ядерные технологии XXI века". Республиканский научный семинар "Атомная энергетика, ядерные и радиационные технологии" (в рамках конференции). - Минск: Право и экономика, 2014. - C. 206-210.
12. Башалханова Л.Б., Безруков Л.А., Ващук Л.Н. и др. Природные ресурсы Иркутской области и их использование. - Иркутск: изд-во Института географии СО РАН, 2002. - 156 с.
13. Кошелев А.А., Шведов А.П. Потенциальные возможности вовлечения возобновляемых природных ресурсов в топливно-энергетический баланс Иркутской области. - Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 1998. - 64 с.
14. Новожилов М.А., Соломин С.В. Оценка ветроэнергетического потенциала районов побережья озера Байкал // География и природные ресурсы. - 1994. - № 2. - С. 56-58.
15. Новожилов М.А., Грудинин Г.В., Соломин С.В. Система электроснабжения с ветрогенераторными установками в регионе озера Байкал. - Иркутск: Сибэкоинвест, 1994. - 47 с.
16. Новожилов М.А., Соломин С.В. Предварительное технико-экономическое обоснование "ВЭС Онгурён". - Иркутск: Сибэкоинвест, 1994. - 19 с.
17. Соломин С.В. Исследование внутригодовой изменчивости природных энергоисточников на побережье озера Байкал // География и природные ресурсы.
- 1995. - № 3. - С. 86-88.
18. Марченко О.В., Соломин С.В. Оценка экономической и экологической эффективности солнечного теплоснабжения в России // Теплоэнергетика. - 2001.
- № 11. - C. 46-49.
19. Марченко О.В., Соломин С.В. О мерах по стимулированию развития возобновляемых источников энергии // Science Time. - 2015. - № 4. - С. 472-477.
20. Марченко О.В., Соломин С.В. Оценка экономической эффективности использования энергии ветра для электро- и теплоснабжения потребителей Севера // Промышленная энергетика. - 2004. - № 9. - C. 50-53.
21. Марченко О.В., Соломин С.В. Использование энергии ветра в северных регионах России // Energy Saving Technologies & Environment. Труды Международной конференции. - Иркутск: ИрГУПС, 2004. - C. 308-314.
22. Марченко О.В., Соломин С.В. Исследование экономической эффективности использования энергии ветра и водорода в автономных энергосистемах // Изв. РАН. Энергетика. - 2008. - № 3. - С. 43-51.
23. Marchenko O.V., Solomin S.V. Efficiency of Small Wind/Diesel/Hydrogen Systems in Russia // Int. Journal of Renewable Energy Research. - 2013. - Vol. 3. -No.2. - Pp. 241-245.
24. Marchenko O.V., Solomin S.V. The future energy: Hydrogen versus electricity // International Journal of Hydrogen Energy. - 2015. - Vol. 40. - Issue 10. - Pp. 38013805.
