CC BY
20НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ, 2008, №1
УДК 621.181.646:621.36
Энерго- и топливоснабжение муниципальных образований Республики Саха (Якутия) при разработке топливно-энергетических балансов
А.Н. Кузьмин, Е.Ю. Михеева
Рассматриваются рациональные направления энерго- и топливоснабжения муниципальных образований республики при разработке их прогнозных топливно-энергетических балансов с учетом намечаемых изменений в социально-экономическом развитии улусов на ближайшую перспективу.
In the given paper rational trends of energy and fuel supply of municipal formations of the republic when working out their perspective fuel and energy balances in view of planned changes of social and economic development of areas on immediate prospect are considered.
В республике возможности обеспечения потребителей топливом и энергией по отдельным муниципальным образованиям (МО) существенно неоднородны.
Около 40% территории республики (1 222 тыс. км2) с населением 850 тыс. чел. (85% населения республики) обеспечено централизованным электроснабжением от крупных ГЭС, ГРЭС на газовом и угольном топливе. Остальная часть республики с населением 148 тыс. чел. относится к зоне децентрализованного электроснабжения, где эксплуатируются источники электроэнергии малой мощности (ИЭММ), основу которых составляют ДЭС и ГТУ на жидком топливе.
Практически весь объем дизельного топлива, используемого в МО, доставляется из-за пределов республики. Потребности в природном газе, нефти, угле, газоконденсате обеспечивает ТЭК республики. По условиям топливоснабжения улусы Якутии можно подразделить на три группы (рис. 1):
первая группа - обеспеченные собственными ресурсами котельно-печного топлива, а также расположенные в зоне газификации;
вторая группа - обеспеченные топливным ресурсом непосредственно от района добычи топлива (без перевалочных баз);
третья группа - отдаленные потребители, имеющие многозвенную схему доставки топлива.
Большое различие по уровням развития электроснабжения и условиям топливоснабжения
КУЗЬМИН Анатолий Николаевич - с.н.с. ИФТПС СО РАН; МИХЕЕВА Елена Юрьевна - н.с. ИФТПС СО РАН.
предопределяет разные направления рационализации энерго- и топливоснабжения на уровне улусов. Для таких малых систем энергоснабжения сильное взаимодействие электро- и теплоснабжения требует комплексного подхода к обоснованию перспективных направлений энерго-, топливоснабжения МО с разработкой их прогнозных топливно-энергетических балансов (ТЭБ). Предлагаемая схема проведения исследований приведена на рис. 2.
Исходя из расчетных уровней электро-, теп-лопотребления уточняются или разрабатываются направления развития энергетики улуса, с учетом которых разрабатывается прогнозный топливно-энергетический баланс улуса. Основная цель разработки прогнозных ТЭБ улусов на рассматриваемый период заключается в определении рациональных структур производства и собственного потребления ТЭР. Критерием выбора рациональных направлений развития систем энерго-, топливоснабжения принимается минимум затрат на топливоснабжение при достижении энергетической и экономической эффективности получения конечной энергии.
Исследования показали, что рационализацию энерго-, топливоснабжения в улусах, расположенных в зонах централизованного электроснабжения, также относящихся по условиям топливоснабжения к I и II группам, на ближайшую перспективу целесообразно осуществить за счет использования на производство теплоэнер-гии высококачественных видов ТЭР (электроэнергии и газа), на производство электроэнергии - угля. В улусах III группы зоны децентрализованного электроснабжения целесообразно пере-
Рис. 1. Классификация МО РС (Я) по условиям обеспеченности топливом
Рис. 2. Схема использования метода топливно-энергетического баланса при прогнозировании энерго- и топливообеспечения МО
5 Заказ №17
смотреть политику энергоснабжения, опираясь, прежде всего, на направления, обеспечивающие снижение потребления дизельного топлива.
Такими наиболее реальными направлениями на ближайший период (до 2015 г.) являются:
- применение электро- и теплоснабжения в зонах централизованного электроснабжения;
- перевод котельных на газовое топливо (в I группе улусов);
- применение ТЭЦ малой мощности на угле (в I и II группах улусов);
- применение ГТУ-ТЭЦ малой мощности на жидком топливе (в III группе улусов);
- применение возобновляемых источников энергии (в III группе улусов).
Электро- и теплоснабжение (ЭТС). Для определения целесообразности применения ЭТС в качестве конкурирующих вариантов рассмотрены и сопоставлены схемы теплоснабжения от котельных на органическом топливе и ЭТС по полным затратам производства тепловой энергии.
При действующих ценах на энергоресурсы ЭТС от электрокотельных экономически эффективно, в первую очередь, в зоне влияния Вилюй-ской ГЭС - в населенных пунктах Западного энергорайона [1]. В Сунтарском и Нюрбинском улусах этого энергорайона в самое ближайшее время появятся все условия эффективного применения ЭТС - ввод магистрального ВЛ-220 кВ, избыток электроэнергии, производимой на ГЭС, в связи с вводом III очереди ГЭС и газификацией п. Айхал, г. Удачный. Основным ограничением использования электроэнергии на отопительные цели будут пропускная способность строящейся ВЛ-220 кВ «Мирный-Сунтар-Нюрба», распределительных сетей и их экономически оправданное усиление. Электро- и теплоснабжением в первую очередь целесообразно вытеснить привозное углеводородное топливо (сырую нефть, газоконденсат, дизельное топливо) и дрова. Для действующих в 2006 г. ценовых показателей ТЭР, при которых действующий тариф электроэнергии на ЭТС (с НДС 73 коп./кВт-ч) в условном исчислении (5935 руб./т у.т.) превышает стоимость нефти в этих улусах (5263-5274 руб./т у.т.) в 1,13 раза, расчетная себестоимость отпуска тепловой энергии от электрокотельных в 1,1-1,4 раза ниже, чем от котельных на нефтяном топливе. В соответствии с оценками эффективность применения ЭТС по сравнению с котельными на сырой нефти сохраняется до тех пор, пока тариф электроэнергии (в условном исчислении) не окажется в 1,8-2,4 раза выше стоимо-
сти сырой нефти (без учета затрат на развитие электросетевого хозяйства).
Прогнозный (до 2015 г.) ТЭБ Сунтарского и Нюрбинского улусов показывает, что при использовании на отопление объектов жилья, соц-культбыта и производственной сферы 170 млн. кВт ч электроэнергии Вилюйской ГЭС [2] будет замещаться порядка 31,6 тыс. т у.т. углеводородных видов топлива, что означает ежегодную экономию бюджетных средств, направляемых на топливоснабжение улусов на 45 млн. руб. (в ценах 2006 г.).
Перевод котельных на газовое топливо. Прямым экономическим эффектом данного мероприятия является снижение затрат бюджета на теплоснабжение в связи с более низкой себестоимостью тепла, отпускаемого с газовых котельных, что обуславливается, прежде всего, их меньшими топливными затратами.
При переводе в центральных и вилюйских улусах 100 котельных на газовое топливо замещается 33,62 тыс. т угля, 9,16 тыс. т нефти, 3,65 тыс. т газоконденсата, 0,47 тыс. т дизельного топлива, 2,76 тыс. м3 дров, всего около 38,5 тыс. т у.т. Расчетная экономия топлива составит около 8,0 тыс. т у.т. в год. Экономия бюджетных средств на теплоснабжение оценивается в 120 млн. руб. в год.
В соответствии с проведенными оценками эффективность перевода котельных с сырой нефти и угля на природный газ сохраняется до тех пор, пока стоимость природного газа (в условном исчислении) не окажется в 1,04-1,1 раза выше стоимости сырой нефти и в 1,5-2,0 раза стоимости угля. Эти соотношения будут выше, если экономичность перевода на газ оценить не только по прямым затратам, но и учитывать его косвенный эффект и эффект в сопряженных отраслях национальной экономики. Экономическая эффективность более низкой себестоимости тепла, отпускаемого с газовых котельных, выражается и в снижении себестоимости продукции местных сельскохозяйственных и промышленных предприятий. Перевод на газовое топливо также сыграет значительную роль в высвобождении транспортных средств, содержащихся и привлекаемых для доставки жидкого и твердого топлива от месторождений и перевалочных баз до котельных.
ТЭЦ малой мощности. Экономический эффект перевода энергоснабжения с дизельных электростанций и котельных на ТЭЦ малой мощности, работающих на местных углях, определяется замещением дорогостоящего дизельно-
го топлива, экономией топлива и, как следствие, низкой себестоимостью комбинированного производства электро-, теплоэнергии.
Такие ТЭЦ наиболее эффективное применение могут получить в поселках, расположенных вблизи угольных месторождений: в пп. Джеба-рики-Хая (Томпонский улус), Зырянка (Верхнеколымский улус), Черский (Нижнеколымский).
Наибольшая эффективность ТЭЦ достигается при максимальной тепловой нагрузке, когда отборы турбин используются полностью. Но при выборе мощности ТЭЦ в соответствии с элек-
Годовой расход и
три чес ким и нагрузками реатьно подсоединяемых потребителей и тепловыми нагрузками поселков размещения часть турбин будут работать в чисто конденсационном режиме.
В результате на ТЭЦ экономия топлива будет не существенной или не достигается вообще (табл. 1). Однако, как показывает стоимостная оценка прогнозных ТЭБ, экономия бюджетных средств, ежегодно направляемых на топливоснабжение улусов, в ценах 2006 г. составит 566 для Томпонского, 163 для Верхнеколымского и 181 млн. руб. для Нижнеколымского улусов.
Таблица 1
стоимость топлива
Показатели ДЭС Котельные ДЭС ТЭЦ
и котельные
Отпуск электроэнергии, млн. кВтч
- Джебарики-Хая (18 МВт) 84,0 - 84,0 84,0
- Зырянка (6 МВт) 25,0 - 25,0 25,0
- Черский (5 МВт) 18.8 - 18,8 18,8
Отпуск теплоэнергии, млн. кВт-ч
- Джебарики-Хая - 29,1 29,1 29,1
- Зырянка - 117,5 117,5 117,5
- Черский - 88 88 88
Расход условного топлива, тыс. т у.т.
- Джебарики-Хая 37,б1' 6,1 43,7 63,6
- Зырянка 9,2'> 26,3 35,5 35,3
- Черский 7,32) 17,23> 24,5 26,1
Стоимость топлива (в ценах 2006 г.), млн. руб.
- Джебарики-Хая 622,0 5,9 628,0 62,0
- Зырянка 174,0 31,3 205,0 42,0
— Черский 130,0 117.3 247,0 66,0
1) в соответствии с фактическим удельным расходом топлива ДЭС в улусах;
2) в соответствии принятому уд. расходу топлива - 390 гу.т./кВт-ч;
3) сырая нефть.
На строительство ТЭЦ вышеуказанных мощностей в пп. Джебарики-Хая, Зырянка и Черский в ценах 2006 г. соответственно потребуется 1400, 714 и 600 млн. руб. Сроки окупаемости капитальных затрат собственно ТЭЦ при расчете без использования коэффициента дисконтирования (проведение дисконтирования не является обязательной операцией при анализе инвестиций) за счет сокращения бюджетных средств на топливо-
»J •• ..;•
Расчет себестоимости электро- и тепло:
снабжение улусов составляют 2,5; 4,4; 3,3 года соответственно.
В табл. 2 приведены результаты расчетов себестоимости энергии при существующей схеме энергоснабжения п.Зырянка (ДЭС и котельные) и сопоставительной ТЭЦ. Себестоимость энергии ТЭЦ в 2,4 раза и 3,8-4,2 раза меньше себестоимости энергии ДЭС и котельных.
Таблица 2
и ТЭЦ, ДЭС и котельных в п. Зырянка
Показатели Ед. изм. ДЭС Котельные ТЭЦ
1 2 3 4 5
Отпуск электроэнергии млн.кВтч 22 - 22
Отпуск теплоэнергии тыс. Гкал - 137 137
Расход топлива тыс. т у.т. 8,6 30,7 35,8
Численность персонала чел. 36 62 50
НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ. 2008. №1 "67
5*
Окончание табл. 2
1 2 3 4 5
Затраты на топливо млн. руб. 138,1 36,6 42,6 (19,8 на выработку э/эн., 22,8 на выработку т/эн.)
Амортизационные отчисления 3,8-6,3 25,5-27,2 14,4-16,8
Затраты на оплату труда 6,5 6.2 12.0
Отчисления на соц. нужды 2,3 2,2 4,3
Электроэнергия - 5,9-10,1 -
Вода 0,6 0,5 1.1
Ремонтный фонд (14%) 1,9-2,2 5,6-6,5 4,5^1,8
Прочие затраты млн. руб. 3,1-3,8 9,5-10,0 7.9-8,6
ИТОГО затрат 156,3-159.8 92-99 87-90
Затраты с НДС 186,7-191,8 110-119 104-108
Себестоимость э/энергии руб./кВт-ч 8,5-8,7 - 3.5-3,7
Себестоимость т/энергии руб./Гкал - 803-869 209
Применение ГТУ-ТЭЦ малой мощности на жидком топливе. Целесообразность применения ГТУ-ТЭЦ в изолированных улусах севера республики обуславливается двумя факторами. Во-первых, для энергоснабжения труднодоступных бестопливных потребителей республики в соответствии с главным правилом рационального энерго- и топливоснабжения (чем мельче потребитель, тем более высококачественным энергоресурсом он должен обеспечиваться) приоритет должен отдаваться высококачественному жидкому топливу. Во-вторых, в северных улусах одинаково необходимы как тепло, так и электроэнергия, поэтому особый интерес представляет снижение расходов топлива за счет внедрения энергосберегающих технологий комбинированного производства тепловой и электрической энергии. Следовательно, направление развития энергетики Севера, использующей органическое топливо, на ближайшую перспективу очевидно - это широкое внедрение малых ТЭЦ на базе дизельных и газотурбинных энергоустановок.
Газотурбинные ТЭЦ по характеристикам, таким как обеспечение максимального общего КПД, теплопроизводительности на установленную электрическую мощность, по допускаемому режиму и условию работы, экологическим показателям имеют преимущества по сравнению с ТЭЦ на базе дизельных установок.
Кроме того, газотурбинные электроустановки обладают исключительно высокими массогаба-ритными показателями (удельная массовая мощность газотурбинных энергоустановок составляет 0,11-0,14 кВт/кг, ДЭУ - 0,03-0,05 кВт/кг [3]),
а также способностью экономно работать в районах с более низкой среднегодовой температурой воздуха (рис. 3) [4].
ю--
5--
0 -I-1-1-1-1-,-,
45 30 15 0 -16 -30
Температура окружающего воздуха, °С
Рис. 3. Зависимость электрического КПД (%) газотурбинной установки от температуры наружного воздуха (°С)
Ежегодная экономия при использовании ГТУ-ТЭЦ на дизельном топливе мощностью 2,5 тыс. кВт в северных улусах по сравнению с существующей схемой энергоснабжения составит 1,8— 2,8 тыс. т у.т. Это означает снижение бюджетных затрат на топливоснабжение до 7,3-15,6 млн. руб. (в ценах 2006 г.).
Применение возобновляемых источников энергии (ветроустановок, малых ГЭС). Из возобновляемых источников энергии наибольший интерес представляет использование энергетического потенциала малых рек и ветровой энергии севера республики.
Как показывают предварительные оценки сектора экологии и водных ресурсов ИФТПС, гидроэнергия малых рек только по Арктической зоне вблизи отдаленных, труднодоступных не-
больших населенных пунктов позволяет поместить 20 малых ГЭС. В результате их работы можно сократить завоз жидкого топлива в объеме 150 тыс. т у.т. без учета аккумуляции энергии [5]. Однако серьезным препятствием к применению малых ГЭС является их большая капиталоемкость. Кроме того, использование гидроэнергии малых рек на Севере возможно только в весенне-летний период.
На ближайшую перспективу наиболее перспективным видом возобновляемых источников энергии в арктических улусах республики является энергия ветра. В настоящее время монтаж ВЭУ мощностью 250 кВт ведется в районе Тикси Булунского улуса. Она может выработать 675 тыс. кВт-ч электроэнергии. Годовая экономия дизельного топлива по фактическому расходу топлива на ДЭС составит 195 т (283 т у.т.). Расчетная себестоимость электроэнергии ВЭС составит 1,55 руб./кВт-ч против 5,81 руб./кВт-ч ДЭС. Срок окупаемости затрат на строительство ВЭС - 3,3 года [6]. При наличии достаточных инвестиций в ближайшие 5-10 лет в Булунском улусе можно установить 14 единиц ВЭС общей мощностью 4200 кВт (12 х 250 + 2 х 600 кВт). При вводе указанных ВЭС среднегодовая экономия дизельного топлива составит 3 348 т (4 855 т у.т.) стоимостью 66 млн. руб.
Таким образом, при реализации в ближайший период в ТЭК республики освоенных в стране технологий, рассмотренных выше, экономия топлива только на начальном этапе достигнет около 31-33 тыс. т у.т. в год, что в денежном выражении в ценах 2006 г. составит 380-395 млн. руб., в том числе:
- 8 тыс. т у.т. и 120 млн. руб. в год при переводе 100 мелких котельных на газовое топливо;
- 10,7 тыс. т у.т. и 45 млн. руб. в год при замещении электро- и теплоснабжением 31,6 тыс. т у.т. углеводородных видов топлива;
- 3,5 тыс. т у.т. и 132 млн. руб. в год при вводе ТЭЦ мощностью 6 МВт на местном угле в п. Зырянка;
- 3,6-5,6 тыс. т у.т. и 15-30 млн. руб. в год при вводе 2-х блочной ГТУ-ТЭЦ в одном из северных улусов;
- 4,9 тыс. т у.т. и 68 млн. руб. в год при вводе 14 единиц ВЭС общей мощностью 4200 кВт в Булунском улусе.
Литература
1. Кузьмин А.Н., Петров Н.А., Шадрин А.П. Эффективность применения электротеплоснабжения в условиях Республики Саха (Якутия) // Электрика. -2004.-№12.-С. 31-33.
2. Топливно-энергетический баланс РС (Я). Часть И. - Якутск: Сайдам, 2006. - С. 75-77.
3. Михайлов А.К. Малая энергетика и энергетическая безопасность. Труды международной научно-практической конференции «Малая энергетика -2002».-М,-С. 25-34.
4. Нагнетатели и тепловые двигатели / В.М. Черкасский, Н.В. Калинин, Ю.В. Кузнецов и др. — М.: Энергоатомиздат, 1997. - С. 345.
5. Константинов А. Ф., Ноговицын Д.Д. Нетрадиционные возобновляемые энергоресурсы Республики Саха (Якутии) // Проблемы энергетики Республики Саха (Якутия). -Якутск: ЯНЦ СО РАН, 1995. - С. 88-93.
6. Павлов П.М. Использование энергии ветра в Якутии // Энергетика Северо-Востока: состояние, проблемы и перспективы развития. - Якутск, 2004. -С. 250-253.
♦>
