CC BY
78
УДК 620.91+621.314
А.Ф. Константинов
ВОЗМОЖНОСТИ СОКРАЩЕНИЯ СЕВЕРНОГО ЗАВОЗА ТОПЛИВА ЗА СЧЕТ НЕТРАДИЦИОННЫХ ЭНЕРГОИСТОЧНИКОВ ЯКУТИИ
Для энергообеспечения многочисленных разрозненных потребителей Крайнего Севера Якутии ежегодно затрачиваются ог-ромные трудовые ресурсы и финансы, связанные, главным образом, с завозом жидкого топлива для ДЭС.
Между тем пресловутый северный завоз можно существенно сократить за счет имеющихся возможностей использования нетрадиционных энергоисточников (НЭИ), к которым можно отнести ветроэнергетические установки, малые ГЭС и атомные станции малой мощности.
В статье приводятся ресурсы указанных НЭИ, а также возможные пути их использования с целью резкого сокращения объемов завоза дальнепривозного жидкого топлива.
Северные районы Якутии, где размещены многочисленные мелкие населенные пункты и небольшие производства горно-добывающего характера, находятся вдали от централизованного энергоснабжения. Электрообеспечение этих потребителей издавна организуется за счет небольших ДЭС, требующих в настоящее время ежегодного завоза примерно 250 тыс. т жидкого топлива. При этом исключительно сложная схема доставки данного топлива отражается на его стоимости, которая сегодня достигла для некоторых пунктов Севера 400 и более долларов США за 1 т, а срок доставки народно-хозяйственных грузов доходит до 500-600 суток.
Тяжелое бремя северного завоза, которое обходится республике свыше 3 млрд руб ежегодно, можно было бы резко сократить за счет широкого использования нетрадиционных источников энергии (НЭИ), а именно - энергии ветра и малых рек, а также атомных станций малой мощности (АСММ).
По данным Якутского Управления ГКС среднегодовая скорость ветра в среднем на территории республики составляет лишь 2,56 м/с, но наиболее перспективными ветровыми ресурсами обладают широкая полоса побережья Ледовитого океана, в значительной мере охватывающая территорию десяти северных улусов республики, а также ряд локальных участков на горных перевалах и в долинах многих рек, ориентированных в направлении господствующих ветров.
Ветроэнергетические ресурсы Якутии огромны: валовый потенциал составляет 279,29*1012 и экономический -27,9*109 кВт*ч энергии в год [1]. Если пересчитать эту энергию на площадь всех северных улусов республики (1,38 млн км2), то получим экономически выгодный потенциал ветра, равный 12,4*109 кВт*ч в год, что примерно в 4,5 раз больше, чем среднегодовая выработка электроэнергии на Вилюйских ГЭС-1, 2.
По расчетам Института ФТПС СО РАН [2] на территории этих улусов ветры со скоростью 5,5-8,4 м/с имеют продолжительность стояния в течение 2700-5700 часов в
году, что почти в 1,5-2,0 раза больше продолжительности работы местных дизельных электростанций.
Следует отметить, что на площади в 1 км2 можно разместить до 20 наиболее освоенных на сегодняшний день ветроустановок, мощностью по 250 кВт при условии их работы без взаимных аэродинамических воздействий друг на друга. В этом случае с каждого км2 площади территории можно получить от 7,9 до 65,1 млн кВт*ч энергии в год, и если в каждом улусе использовать ветроэнергию только с одного км2, то можно ежегодно экономить более 107 тыс. т жидкого топлива.
Для условий Севера Якутии наиболее приемлемы, на наш взгляд, ветроустановки мощностью 250-300 кВт как отечественного, так и зарубежного производства. В настоящее время в России и ближнем зарубежье освоены ВЭУ средней мощности фирмами МКБ «Радуга», НПО «Ветроэн», РАО «ЕЭС России», НПО «Южное» (Украина) и др., к которым можно отнести установки типа «АВЭ-250», «Радуга-250», «ГП-250» и др. Примерно такого же класса ВЭУ выпускают известные зарубежные фирмы «Бонус» и «Равема» (Германия), «Вестас» (Дания) и др. Эти установки в большинстве своем могут эксплуатироваться при диапазоне температур от -50еС до +40еС и сейсмичности района строительства до 8 баллов по шкале Рихтера.
Следует отметить, что отечественные установки малой и средней мощности по качеству не уступают зарубежным аналогам и при этом они значительно дешевле последних.
Известно, что ветроэнергетика сегодня развивается чрезвычайно бурно: за последние 10 лет установленная мощность всех ВЭУ увеличилась в 9 раз, а стоимость агрегатов снизилась в 2-4 раза. Средняя удельная стоимость ветроустановок сегодня равна 1000-2000 долл. за 1 кВт установленной мощности, а себестоимость электроэнергии составляет 5-7 центов за 1 кВт-ч [3]. Таким образом, уже сегодня ветроэнергетика стала вполне конкурентоспособной с традиционной энергетикой. Это обстоятель-
А.Ф. Константинов. ВОЗМОЖНОСТИ СОКРАЩЕНИЯ СЕВЕРНОГО ЗАВОЗА ТОПЛИВА ЗА СЧЕТ НЕТРАДИЦИОННЫХ ЭНЕРГОИСТОЧНИКОВ ЯКУТИИ
ство будет характерно и для районов Крайнего Севера, учитывая все возрастающую стоимость дальнепривозного жидкого топлива.
Предварительные работы по составлению схемы возможного размещения ветроустановок на Севере РС (Я) ведет ГУП «Сахасельэнерго». Еще в 1997 г. специалисты этой организации предлагали установить первые ВЭУ фирмы «Равема» (ФРГ) для электроснабжения северных пп. Тикси, Кюсюр и Кыстатыам, и их расчеты показывают на целесообразность совместной работы ветроустановок с дизельными станциями.
Следует отметить, что в настоящее время вблизи п.Тик-си уже намечается установка ВЭС в составе 10 агрегатов по 25 кВт.
К сказанному можно добавить, что бескрайние просторы тундры не ограничивают масштабы утилизации огромных запасов ветровой энергии с помощью современных ветроэлектростанций.
Следующим видом НИЭ, который можно использовать для снижения объемов завоза жидкого топлива на Севере являются гидроэнергетические ресурсы (ГЭР) малых рек.
По нашим уточненным данным, гидроэнергетический потенциал малых рек, протекающих в бассейнах северных рек Якутии, составляет 15,5 млн кВт и 136,2 млрд кВт-ч энергии в средний по водности год. Технически возможные ГЭР малых рек оцениваются в 4,9 млн кВт или 42,7 млрд кВт-ч среднегодовой энергии.
При этом к малым рекам территории были отнесены водотоки, на которых можно соорудить малые ГЭС мощностью от 100 до 10 000 кВт (согласно принятой градации в России), т.е. реки с потенциальной мощностью от 1 500 до 30 000 кВт с учетом естественной их зарегули-рованности.
В результате анализа физико-географических, топографических и гидроэнергетических возможностей малых рек северной зоны республики было выявлено около 40 возможных створов малых ГЭС, расположенных вблизи конкретных населенных пунктов этого региона, в т.ч. в бассейне Анабара - 5 створов, Оленька - 2, Яны - 13, Индигирки - 15 и Колымы (в пределах Якутии) - 6.
Суммарная мощность этих МГЭС составляет не менее 34,2 МВт со среднегодовой выработкой электроэнергии на них - 73,2 млн кВт-ч. Таким образом, только за счет этих выявленных МГЭС можно сократить завоз жидкого топлива в количестве 30 тыс. т в год.
Гидрологические особенности северных рек могут позволить этим станциям работать только в пределах 20003000 часов в год, однако даже в этих условиях они могут значительно сократить объем использования жидкого топлива на ДЭС.
В условиях Крайнего Севера малое гидростроительство целесообразно вести блочными установками полной заводской готовности, включающими кроме гидроагрегата автоматический регулятор частоты вращения, системы управления автоматики и возбуждения генератора. Эти
блоки устанавливаются на заранее подготовленные фундаменты и после стыковки трубопроводов, отсасывающей трубы и крепления рамы гидроагрегата малая ГЭС готова к эксплуатации. Эти работы могут проводиться силами небольших специализированных бригад экспедиционным или вахтовым методом в кратчайшие сроки. Малые ГЭС мощностью до 1 МВт обычно строятся в пределах 1 года, а мощностью 1-5 МВт - до 2-х лет [4].
Производство проектных работ по малому гидростроительству, в основном, ведет ОАО «Институт Гидропроект» (г. Москва), а услуги по маркетингу и поставкам обо -рудования, кроме предприятий-изготовителей, предлагают предприятия «Малая энергетика», «Союзгидропостав-ка», «Энергопром» и др.
Удельные капвложения в малую ГЭС, например, по АОЗТ «МНТО ИНСЭТ» составляют порядка 700 долл. США за 1 кВт установленной мощности.
Одним из перспективных и реальных энергоисточников для районов Крайнего Севера можно считать атомные станции малой мощности (АСММ), основными преимуществами которых перед станциями на органическом топливе являются исключительно малое объемное количество топлива, почти полное отсутствие выбросов загрязняющих веществ и потребления кислорода воздуха. Естественно, что все эти достоинства АСММ возможны при условии нормального их функционирования. Нельзя не отметить и то обстоятельство, что энергетические ресурсы ядерной энергии на Земле в десятки тысяч раз больше запасов органического топлива, а с применением реакторов-размножителей человечество может быть обеспечено ядерной энергией на многие века.
В настоящее время на различных предприятиях РФ, как НПО «Малая энергетика» (г.Москва), ОКБМ «Лазурит» (г. Нижний Новгород), НИКИЭТ (г. Москва), ГНЦ ФЭИ (г. Обнинск), КБ «Малахит» (г. Санкт-Петербург) и др. проектируются АСММ нового поколения, предназначенные для электро- и теплоснабжения потребителей различных регионов страны, в т.ч. районов Якутии и ДВ. Выбор наиболее эффективных проектов производится на основе специальных конкурсов и при этом особое значение придается проектам плавучих и подземных станций.
Среди АСММ мощностью до 10 МВт, предназначенных для энергоснабжения населенных пунктов с численностью населения до 2-3 тыс. чел., рекомендуются для выпуска установки типа «Елена», «Саха-92», «Крот» и «ТЭС-М» наземного исполнения. Эти установки имеют блочное исполнение и работают без перегрузки топлива и очистки теплоносителя, что значительно упрощает и удешевляет действия по снятию их с эксплуатации.
Выработка электроэнергии на них составляет от 3,9 до 10 млн кВт-ч, а тепловой энергии - от 10 до 25 тыс Гкал в год при расходе топлива от 7,5 до 16,7 кг урана-235. Число часов использования установленной мощности - 5000, а срок службы - от 20 до 30 лет.
Из более крупных АСММ наиболее перспективны пла-
вучие станции (ПАЭС) с реакторами электрической мощностью 3-40 МВт, разработанные на основе установок, прошедших длительный срок службы (более 6 тыс. реак-торо-лет) [5]. Одной из таких установок является серийно выпускаемый проект «КЛТ-40», широко применяемый на современных российских подводных лодках.
Коммерческая привлекательность подобных АСММ основывается на следующих их достоинствах:
- относительно невысокая стоимость, например, ПАЭС мощностью 3 МВт (эл.) обходится примерно в 20 млн долл. США;
- поступают к месту установки полностью готовыми к эксплуатации, а через 10-12 лет уходят в ремонт с заменой новой станцией;
- малая осадка ПАЭС (не более 2,5 м) позволяет подойти к потребителям по рекам, а блочная схема исполнения дает возможность выбора мощности для различных населенных пунктов;
- высокая защищенность от факторов внешних воздействий, включая взрывоударные нагрузки.
При возможной транспортировке ПАЭС Северным морским путем корпус судна и носовая его часть оснащается противоледовым усилением.
Все эти достоинства позволяют конструкторам рекомендовать их для условий Якутии.
Значительный интерес для возможного размещения на территории Крайнего Севера представляют современные экологичные и радиационно-безопасные подземные АСММ типа «ТЭС-3» мощностью 1,5 МВт электрической и 8,8 МВт тепловой; «Елена» с электрической мощностью до 150 кВт и тепловой - до 3 МВт и более крупная - «ПАС-10» с электрической мощностью 10 МВт и тепловой - 26 МВт.
На основе идеи об использовании АСММ была разработана схема возможного их размещения на территории PC (Я) для электро- и теплоснабжения промышленных и социальных потребителей [6] с суммарной мощностью до 175 МВт с экономией до 250 тыс. т жидкого топлива или 420 тыс. т угля ежегодно.
Таким образом, северные регионы Якутии имеют реальные возможности для экономии значительного количества жидкого топлива за счет нетрадиционных энергоисточников.
Литература
1. Концепция использования ветровой энергии в России / Под ред. П.П. Безруких. М.: Книга-Пента, 2005. 128 с.
2. Ефимов A.C., Львов И.И. О возможности ветроиспользо-вания в Якутии // Энергетика Якутской АССР. Физико-технические и технико-экономические аспекты. Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1975. С.111-118.
3. Перминов Э.М. Возможности дальнейшего развития ветроэнергетики в РАО «ЕЭС России» // Энергетик. 2001. № 12. С. 23-24.
4. Михайлов Л.П., Фельдман Б.Н., Марканова Т.К. и др. Малая гидроэнергетика. М.: Энергоатомиздат, 1984. 184 с.
5. Самойлов О.Б., Вавилкин В.H., Панов Ю.К. и др. Плавучие АЭС на базе судовых технологий - надежный и безопасный энергоисточник автономного энергоснабжения // Тр.П Евразийского симпозиума по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата. Ч. II. Якутск: ЯФГУ «Изд-во СО РАН», 2004. С. 17-28.
6. Ларионов В.П., Шадрин А.П. О перспективах использования атомных станций малой мощности (АСММ) в условиях Крайнего Севера Республики Саха (Якутия) // Там же. С. 5-16.
A.F. Konstantinov
Potential reduce of fuel import to the northern regions at the expense of nonconventional power-sources of Yakutia
For power supply of the numerous isolated consumers of the Far North Yakutia annually it is spent the huge labor resources and financial expenditure concerned mainly with delivery of fuel oil for diesel power station.
Meanwhile notorious northern import can be reduced essentially at the expense of availability of nonconventional power sources as windmills, midget power stations and atomic lower power stations.
Resources of the nonconventional power sources and also possible methods of their use with the purpose of abrupt reduce of volume of imported fuel oil are given.
‘v‘v‘v
