CC BY
170
Инновационные подходы в развитии энергоснабжения российского агропромышленного комплекса
Е.А. Воронкова, соискатель, Оренбургский ГАУ
Современная система электроснабжения сельского хозяйства теряет до 50% и более электроэнергии на бесполезный нагрев электрооборудования и атмосферы. И это в то время, когда ряд НИИ проводят инновационные исследования возобновляемых источников энергии: солнца, ветра, воды, биомассы, геотермальной энергии Земли, теплоты окружающей среды (тепловые насосы), водорода и других.
Актуальность использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) подтвердил и недавно проводимый в Оренбургском ГАУ международный форум по теме «Альтернативная энергетика и электроснабжение: перспективы развития», где рассматривались потенциальные возможности использования ВИЭ непосредственно в Оренбургской области.
Действительно, система электроснабжения сельского хозяйства от Единой энергетической системы России находится в кризисном состоянии, однако не в таком, чтобы ставить вопрос о ее замене на «резонансный» метод распределения электроэнергии и о полном переходе энергетики села на ВИЭ. Однако последние могут быть существенным дополнением и стабилизирующим фактором электроснабжения в сельской местности.
Электроснабжение сельского хозяйства имеет огромные научные и практические достижения, особенно за 1950—1990 гг. В 1953 г. Правительство СССР разрешило подключение электропотребителей села к государственным электросетям. В 1964 г. был введен льготный тариф на электроэнергию для сельских производственных электропотребителей (1 коп./кВт.Ч вместо 4 коп.).
За указанные годы в селах России построено 2,5 млн км ЛЭП 0,4-110 кВ, 513 тыс. подстанций общей мощностью до 90 млн кВА, электрифицировано 100% домов во всех сельских населенных пунктах. Потребление энергии на селе с 1950 г. выросло с 1,5 до 102 млн кВт.ч., то есть в 70 раз. На одно сельхозпредприятие приходилось 330— 450 электродвигателей. Охват электромеханизацией трудоемких процессов в животноводстве достиг: на молочных комплексах — 85%, на свинокомплексах — 78%, на птицефабриках — 90,5%. Электровооруженность труда составляла 8200 кВт.ч/раб. [4].
В Оренбургской области с 1963 г. также проводилась активная электрификация сельской местности. В этот период были построены сети в Первомайском, Грачевском, Тоцком, Бузулук-ском и других районах. К началу 1975 г. 95% колхозов и совхозов имели централизованное
электроснабжение. В 80-х годах главным направлением сельского хозяйства в России была специализация и концентрация животноводства. В нашей области в это время построено 17 комплексов по производству молока, 10 — по содержанию мясных коров, 8 — свиноводческих, 6 — овцеводческих, 4 — козоводческих и 6 — по выращиванию высокопородных телок. Еще на стадии привязки площадок этих комплексов решались вопросы их энергоснабжения. Для многих предусматривалось строительство подстанций 35 и 110кВт [3]. Энергоснабжение села в этот период было приоритетным направлением для государства.
Сельские жители привыкли к тому, что все заботы по передаче электроэнергии несли государственные организации. Это, например, «Со-юзсельэнерго» Наркомзема СССР (1930 г.), позже преобразованное в «Сельэлектро». В 1963 г. «Сельэлектро» было упразднено, а его функции переданы производственному комитету по энергетике и объединению «Сельхозтехника» СССР. В 1979 г. правительство создало на районном, областном и республиканском уровне межхозяй-ственные производственные эксплуатационные энергетические предприятия «Сельэнерго» («Аг-ропромэнерго»). Они сыграли существенную роль в обеспечении надежности работы и технического состояния электрооборудования: потери энергии не превышали 10%, существенно снизились перерывы в подаче электроэнергии.
После распада СССР все службы сельской энергетики практически ликвидированы, плановая эксплуатация сельских электросетей и электроустановок отсутствует. Электроэнергия продолжает поступать от ЕЭС России по качеству в соответствии со стандартом, однако до сельского потребителя она доходит не соответствующей требованиям ГОСТа на качество электроэнергии.
Из-за неравномерного распределения электрической нагрузки возникает рост потерь электроэнергии на нагрев сетевого и электрооборудования, снижаются нагрузочные способности трансформаторов и электроприводов. Это вызывает сокращение сроков службы бытовых электронных приборов, помехи в системах радио, телевидения и связи, ухудшает электробезопасность работы электросети [4].
Роль ВИЭ в сельской энергетике обсуждалась не раз. В стране имеется опыт использования малых электростанций, ГЭС, ВЭС, а также локомобильных, дизельных и электростанций с приводом электрогенераторов от тракторных двигателей.
В соответствии с постановлением Совмина СССР (1948 г.) «О плане развития сельской электрификации на 1948—1950 гг.» в СССР было построено более 100 тыс. малых источников электроэнергии. Они были маломощными и нена-
дежными, работали в основном в вечернее время для электрического освещения. На их эксплуатации было занято более 1 млн человек. Себестоимость выработки электроэнергии была на порядок выше, чем стоимость энергии от централизованных энергосистем. Поэтому с 1964 г. сельское электроснабжение было передано в ведение Минэнерго СССР
В последнее десятилетие (в связи с реформированием Единой энергетической системы РФ и существенным загрязнением окружающей среды продуктами работы энергетических установок) снова появился повышенный интерес к ВИЭ. В связи с наступлением энергетического дефицита и непрерывным удорожанием энергии в мире повысился интерес к местным возобновляемым источникам энергии, особенно для энергообеспечения сельского хозяйства. В таблице 1 представлены наиболее интересные с точки зрения практического применения различные виды возобновляемых источников энергии и возможные сферы их применения в стране и в Оренбургской области.
Солнечная энергетика — направление в энергетике, нацеленное на получение электрической, тепловой или других видов энергии и использование их в народном хозяйстве посредством энергии солнца. Солнце излучает в окружающее пространство поток мощности, эквивалентный 4.1023кВт. Если использовать всего 0,1% всей поверхности Земли для строительства солнечных электростанций (СЭС), то их выработка в 40 раз превысит все потребление энергии человечеством на уровне 1983 г. [5].
Солнечная энергетическая установка (СЭУ) на Земле имеет нулевую гарантированную мощность при использовании только солнечного излучения (СИ) без сочетания с другими источниками энергии. Кроме того, СИ достигает своего максимума в летний период, когда в России обычно происходит закономерное уменьшение потребления электроэнергии. Соответственно, максимум зимнего потребления энергии в стране приходится на период минимального прихода СИ.
В ряде стран для нагрева воды и отопления помещений используются солнечные коллекторы (СК), ставшие обычным атрибутом жизни. Технологии эффективного нагрева воды для бытовых целей с помощью СИ в мире достаточно хорошо отработаны и весьма доступны на рынке. Наиболее экономически эффективные сферы применения солнечных водонагревательных систем также хорошо освоены. Например, в США более 60% частных и общественных бассейнов (находящихся в среднем на широте Крыма) обогреваются за счет СИ. При этом используются простейшие и дешевые системы теплоснабжения — бесстекольные, без тепловой изоляции, пластиковые.
1. Возобновляемые источники энергии (ВИЭ)
В России область распространения солнечных коллекторов (СК) в настоящее время весьма ограничена. Это при наличии хорошей производственной базы и отработанных технических решений, отвечающих современным требованиям. Основное препятствие использования СК в России — их относительно высокая стоимость. Сегодня солнечные фотоэлектрические установки (СФЭУ) находят все более широкое применение как источники энергии для средних и малых автономных потребителей, а иногда и для больших солнечных электростанций, работающих в энергосистемах параллельно с традиционными ТЭС, ГЭС и АЭС. В настоящее время СФЭУ с успехом используются в ряде стран мира, особенно в Японии, Германии и США. А ведь у нас в России имеется хорошая научная база для развития фотоэнергетики и мощное промышленное
производство (в Москве, Санкт-Петербурге, Краснодаре, Рязани и других городах), которое способно создавать практически любые современные СФЭУ любого назначения.
Одно из перспективных направлений альтернативной энергетики для России — ветроэнергетика. Для оценки перспективности ветроэнергетических установок (ВЭУ) в данной местности или регионе необходимо знать его валовые, технические и экономические ветроэнергетические ресурсы. Весьма интересным для России представляется совместное использование ВЭУ и дизельных энергоустановок (ДЭУ), которые в настоящее время составляют основы локальных систем электроснабжения обширных северных и приравненных к ним территорий страны. В России имеется хороший производственный потенциал для разработки серийных и массовых ВЭУ любой мощности.
В мире ежегодный прирост мощности в последнее пятилетие составляет 30% и более. Десятки фирм в разных странах мира сегодня представляют на рынок серийные ВЭУ мощностью от нескольких сотен ватт до 2—4 МВт [5]. Абсолютным лидером в ветроэнергетике является Германия.
В России построена Крюковская ВЭС (г. Калининград) мощностью 5,1 МВт (20 агрегатов по 225 кВт и один агрегат 600 кВт), Анадырская ВЭС (Чукотка) мощностью 2,5 МВт (10 агрегатов по 250 кВт) и Элистинская ВЭС (Калмыкия) мощностью 22 МВт (22 агрегата по 1 МВт). Развивается ветроэнергетика и в Башкирии.
Биомасса как часть растительного и животного мира может использоваться для производства электрической или тепловой энергии. Отходы перерабатывающей промышленности, а также городские бытовые отходы можно рационально использовать для получения тепла и электричества. Получение биогаза на небольших метатанках широко распространено в Китае и Индии. Биомасса при алкогольном брожении превращается в этанол, который добавляется к бензину.
В последние годы стало широко применяться рапсовое масло — как жидкое биодизельное топливо в двигателях внутреннего сгорания и на тепловых электростанциях. Рапсовое масло — самое безопасное горючее, температура его воспламенения 325 °С. В севооборотах ряда стран рапс стал занимать доминирующие площади.
Недавно начал применяться и быстрый пиролиз биомассы для получения жидкого топлива — бионефти [6]. В промышленных условиях пиролиз углеводородов осуществляют при температурах 800—900 °С и при высоких давлениях.
В Оренбургской области использование ВИЭ развито слабо, хотя определенная работа в этом направлении ведется. Первопроходцем в этом вопросе можно назвать ОГАУ, на базе которого (комплекс «Красная гора» в п. Саракташ) имеются образцы установок альтернативной энергетики, произведенные в Москве, Реутове, Оренбурге, Медногорске и других городах. Это — вет-роэнергоустановка, солнечные панели, тепловой насос (ОГАУ), ветрогенератор ВГ2, вихревой теплогенератор (ОАО «Уралэлектро»), теплогазогенерирующие котлы на твердом топливе различной мощности (ОГАУ), солнечная установка горячего водоснабжения (КБ «Орион» ОАО «ВПК «НПО машиностроения»), микротурбина (ООО «БПЦ Энергетические системы»), комплекс по производству и использованию пеллет (ООО «Оренбурггазпромлизинг»).
В Оренбургской области износ линий электропередач достигает 60%, что повышает риск отключений электроэнергии. В такой ситуации особенно привлекательно использование ВИЭ в качестве источников электро- и теплоэнергии (возможно резервных). Например, для КФХ,
территориально удаленных от точек присоединения к электросетям. Проблема состоит в том, что приобретение и монтаж ветро- и солнечных генераторов требует больших первоначальных финансовых вложений: в среднем окупаемость подобных генераторов составляет 5—15 лет.
В Оренбургской области в 2004 г. в рамках принятого закона от 9 ноября 2004 г. № 1536/262-Ш-ОЗ разработана программа «Сбережение энергетических ресурсов» на 2005— 2010 гг. Она подразумевает создание банка эффективных энергосберегающих проектов. А определяет также возможности ввода и производства в регионе объектов малой и нетрадиционной энергетики с укороченным инвестиционным циклом, обеспечивающих более равномерное распределение по территории области энергетических производств и большую экологическую безопасность. Однако в программах по энергосбережению для отраслей народного хозяйства (в т.ч. и для АПК) не предусмотрены мероприятия по развитию использования ВИЭ и источники их финансирования. Создание энергетики, базирующейся на ВИЭ, требует больших первоначальных вложений — на научные исследования и освоение результатов. Это может быть достигнуто на основе государственной поддержки.
Подводя итог, можно сделать вывод: как в России в целом, так и в Оренбургской области существуют предпосылки для развития альтернативной энергетики с использованием ВИЭ. Приняты законопроекты и государственные программы по развитию данного направления, но для реального развития этого сектора необходима серьезная государственная поддержка инновационных подходов в рамках создания нового национального проекта и разработки программы по государственному финансированию альтернативной энергетики.
Литература
1. Закон Оренбургской области от 9 ноября 2004 г. № 1536/ 262-Ш-ОЗ «Об областной программе «Сбережение энергетических ресурсов в Оренбургской области» на 2005— 2010 годы» (принят Законодательным собранием Оренбургской области 20 октября 2004 г.) (с изменениями от 5 июля 2006 г.).
2. Нетрадиционная энергетика и энергоресурсосбережение в России / С.В. Алексеенко // Энергосбережение. — 2008. - № 1. - С. 68-73.
3. Каштанов, И.Г. Энергетика Оренбуржья. Воспоминания ветеранов / И.Г. Каштанов, В.А. Воронцов // Оренбург, Издательство «Южный Урал», 2000. — С. 176-185.
4. Князев, В.В. Основные направления технического и технологического развития распределительного электросетевого комплекса / В.В. Князев, В.И. Шевляков // Научный журнал Вестник ВИЭСХ. «Энергообеспечение, электромеханизация и автоматизация с.-х.». - М.: ГНУ ВИЭСХ, 2005. - Вып. № 1. - С. 258.
5. Современная электроэнергетика / Под ред. профессоров А.П. Бурмана и В.А. Строева. - М.: Издательство МЭИ, 2003. - 454 с.
6. Труды 6-й Международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (13-14 мая 2008 года, Москва-ВИЭСХ), в 5-ти частях. 1 часть - «Проблемы энергообеспечения и энергосбережения». - М., 2008.
