CC BY
28ЛОКАЛЬНОЕ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ ГОРНОЙ ЗОНЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
ЭНЕРГИИ (ВИЭ)
Ж.Г. КУСОВА
ассистент кафедры геологии и поисково-разведочного дела СКГМИ (ГТУ), г. Владикавказ
J.G. KUSOVA
Assistant lecturer of Geology and searching Chair, NCIMM (STU), Vladikavkaz А.А. ГАЛЬПЕРИН
Заведующий кафедры электропривода и автоматики СКГМИ (ГТУ), д.т.н., профессор, г. Владикавказ
A.A. GALPERIN
Head of "Electric drive and automation " Chair, doctor of technics, professor, Vladikavkaz
Р.З. ЦЕБОЕВ
ассистент кафедры экономики и управления на предприятии СКГМИ (ГТУ), г. Владикавказ
R.Z. TCEBOEV
Assistant lecturer of "Economy and enterprise management" Chair, NCIMM (STU), Vladikavkaz
И.К. ХУЗМИЕВ
член Президиума ВЭО России, зав. кафедрой организации производства и экономики промышленности Северо-Кавказского горнометаллургического института (государственного технологического университета) (СКГМИ (ГТУ)), д.т.н., профессор, г. Владикавказ
I.K.KHUZMIEV
Member of Presidium VEO Russia, head of the "Organization of production and industrial economics" Chair of the North-Caucasian Institute of Mining and Metallurgy (State Technological University), doctor of technical sciences, professor, Vladikavkaz
Одним из способов повышения надежности энергоснабжения потребителей является локальная-децентрализованная генерация электрической энергии и тепла с помощью когенерации и возобновляемых источников энергии. Это обеспечивает значительное снижение стоимости энергоресурсов. При этом не нужно оплачивать дополнительные издержки централизованной системы и нет необходимости платить за подключение к сети,
В начале индустриальной эры человечество использовало практически неисчерпаемые источники энергии солнца, ветра, воды, мускульную силу людей и животных. Однако промышленная революция практически вытеснили эти источники из обихода. Их место заняло ископаемое органическое топливо: уголь, нефть, природный газ. В общем балансе потребления они занимают около 90%. В последние г.г. специалистам энергетикам становится все более ясно, что экономика ориентированная на ископаемые виды топлива не имеет перспективы. По разным экспертным оценкам пик добычи нефти будет пройден через 10-20 лет и к середине столетия может снизиться до критического уровня. Положение с природным газом несколько лучше. Его может хватить до конца столетия. Наиболее благополучно положение с углем. Его запасов может хватить на несколько сот лет. Необходимо осознать, что система энергообеспечения в ближайшие десятилетия изменится. Не возобновляемая энергетика к тому же является основным источником деградации окружающей среды и социального неравенства в мире. Необходимо помнить, что 2 млрд. человек не имеют доступа к электроэнергии и к жидкому топливу, а еще столько же испытывают трудности по доступу к водным источникам и продовольствию.
Необходимо уже сегодня при проектировании систем энергоснабжения опираться на новые нетрадиционные решения. Возобновляемые и нетрадиционные источники энергии должны стать основными. Это энергия воды, ветра, тепла земли, морей и океанов, атомная и водородная энергетика. Приоритетным должно стать энергосбережение и повышение эффективности использования имеющихся энергоресурсов. Широкое применение автоматизированных систем учета и распределения энергии станет сильным мотивирующим фактором по экономному потреблению, не превышающему реальных потребностей. Так, например, явно недостаточно используется природный газ в качестве моторного топлива, счетчики природного газа не имеют более 90% потребителей, в системах водоснабжения и тепла практически отсутствуют приборы учета, в качестве источников света в основном применяются лампы накаливания, явно недостаточно применяется на предприятиях частотный электропривод.
Большой интерес представляет также сотрудничество с углеродным фондом, который действует в России на основе Киотского протокола и через который можно получить несколько десятков млн. $ на строительство энергетических объектов, снижающих соответствующие количества эмиссии парниковых газов. Важно понять, что для достижения поставленных задач и
стать лидером экономического роста, не обязательно иметь неограниченные ресурсы. Достаточно эффективно использовать имеющийся потенциал всех ресурсов: материальных, финансовых, информационных, рабочей силы, быть восприимчивым к нововведениям, обладать стратегическим предвидением. Все это даст возможность занять ключевые позиции в преддверии новой технологической революции, что не зависит от размеров региона. Примером этого служит превосходство Дании в производстве и использовании ветроэнергетики. В этой стране более 20% электроэнергии уже сегодня производится на ветроэлектростанциях, решение о строительстве которых, как правило, принимается на уровне муниципальных образований. В этой связи РСОА может стать уникальным местом по производству электрической энергии с помощью больших и малых гидроэлектростанций. Республика, обладая пятой частью технического гидроэнергетического потенциала Северного Кавказа, может полностью обеспечить свои потребности в электрической энергии и стать главным производителем оборудования рукавных электрических гидроагрегатов мощностью до нескольких сотен кВт для нужд всего Южного Федерального округа. Для этого есть необходимые кадры и производственная база. Это будет способствовать развитию децентрализованных систем энергоснабжения с принятием решения на местном коммунальном уровне и будет способствовать улучшению благосостояния жителей в большей степени, чем зависимость от гигантских систем электроснабжения. И дело не в размерах этих систем. Так, например, среднедушевое потребление энергии в России выше, а жизненный уровень ниже, чем в Японии. Чем скорее мы осознаем, что энергоресурсы являются ни чем-то бесплатным и неисчерпаемым и их нужно экономить, тем скорее мы покончим с углеводородной эрой и перейдем к новой энергетике, основанной на экологически чистых возобновляемых источниках энергии. Тем самым будут созданы реальные условия для устойчивого развития, сделав предсказуемым жизнь последующих поколений.
Одним из способов повышения надежности энергоснабжения является сиремление отдельных потребителей с самообеспечению электрической и тепловой энергией, за счет создания собственных источников электрической энергии и тепла. Собственная генерация обеспечивает значительное снижение стоимости энергоресурсов. При этом не нужно оплачивать дополнительные издержки централизованной системы и нет необходимости платить за подключение к сети, которое было пролобированно энергокомпаниями в 2004 году и которая стремительно растет достигая величин более 100 тыс. рублей и
выше за один кВт подключенной мощности. Иногда величина стоимости подключения сравнима со стоимостью строительства собственного источника энергии. Однако собственная генерация зависит от цен на невозобновляемое ископаемое углеводородное топливо.
Эту проблему можно решить с помощью современных технологий энергосбережения и альтернативных - возобновляемых источников энергии -ВИЭ (солнце, ветер, тепло Земли - недра и атмосфера, водные потоки, биоэнергия). Основным преимуществом ВИЭ является доступность и практическаое отсутствие платы за их использование. Основным недостаток -это не постоянство потока мощности от времени и состояния окружающей среды. В РСО-А около 50% территории находится находиться в горной зоне практически вне централизованной системы энергоснабжения, а в ней проживает около 10 тыс. человек. Качество жизни в горах может существенно улучшиться, если газифицировать все отдаленные поселения. Однако строительство газопроводов для подачи природного газа к небольшим аулам и отдельным домам может оказаться не рентабельным. В этих случаях снабжение такие поселения сжатым газом в стальных баллонах является конкурентной альтернативой сетевому газу. Такое газоснабжение с регулярной заменой пустых баллонов на заполненные можно организовать через администрацию программы «Горы Осетия» предусмотрев для этих целей необходимые средства в бюджете РСОА. Использование местных энергоресурсов в виде возобновляемых и нетрадиционных источников позволит экономить классические энергоносители, которые необходимо туда доставлять для обеспечения жизнедеятельности. При этом практически все горные районы располагают большим потенциалом возобновляемых, нетрадиционных источников энергии. Основными потребителями электрической энергии в горной зоне и на отдаленных территориях являются:
• небольшие села и аулы;
• турбазы и базы отдыха;
• хозяйственные и технологические объекты отгонного животноводства (летние лагеря, овчарни, пункты стрижки, станы по заготовке корма, пункты ветеринарной обработки, пункты хранения и обслуживания техники, жилые и складские помещения и т.п.);
• пункты приема и первичной переработки сельскохозяйственной продукции;
• предприятия по переработке и освоению ресурсов (заготовка и переработка строительных материалов, розлив воды, экспедиционная работа различного направления). Эти потребители в основном
В этой связи использование местных возобновляемых энергоресурсов позволит экономить существенные количества электроэнергии, жидкого и твердого топлива, которые необходимо туда доставлять для обеспечения
жизнедеятельности. Существует также задача электроснабжения территориально разобщенных, мобильных и имеющих небольшой объем электропотребления, в основном сельскохозяйственных объектов, находящихся в труднодоступных местах с плотностью электрической нагрузки от 0,5 до 70 кВт на кв. км. Строительство для этих целей воздушных ЛЭП-10 - 6/0,4 кВ с учетом постоянно растущих цен на строительные материалы представляется экономически нецелесообразным. Классические системы энергоснабжения нуждаются в постоянной доставке к местам потребления дорогого жидкого топлива стоимостью около 2$ за 1 литр, строительства линии электропередачи стоимостью более 20 тыс.$ за 1км и возведение электростанций при цене ориентировочно 1500$ за 1 кВт установленной мощности. При этом регион располагают большим потенциалом возобновляемых источников энергии (энергией водных потоков, солнца, ветра, геотермальных вод). Поэтому проблема энергоснабжения отдаленных потребителей может решаться с помощью децентрализованной локальной генерации.
Не достаточно продуманная, и даже вредная, реформа электроэнергетики в России породила большое количество посредников между источниками электрической энергии и потребителями. Эти посредники, ничего не производя, существуют за счет платежей за потребленную электрическую энергию, что привело к росту тарифов значительно превышающему темпы инфляции в стране, которая достигает двузначных величин благодаря чрезвычайно «профессиональной», а точнее сказать не компетентной, монетаристской политики финансово-экономического блока правительства России. Этот обстоятельство стало фактором, побуждающим потребителей переходить на децентрализованное электроснабжение за счет строительство собственных электрических станций. В этом случае стоимость электрической энергии может снизиться в отдельных случаях более, чем на 50%. Организация децентрализованного источника энергии непосредственно на месте потребления может стать решением проблем энергоснабжения для многих потребителей, коммунальных хозяйств и т.п. Относительно маломощные блоки децентрализованной генерации (ДГ) обычно подключаются к распределительным сетям, не предназначенным для транспортировки электроэнергии от генераторов большой мощности. Большинство исследований подтверждают, что до 15% мощности, производимой системами децентрализованной генерации (ДГ), могут быть с легкостью приняты сетями электропередачи без значительных структурных изменений.
Распределенное производство энергии ( Distributed power generation) (Википедия) или децентрализованная генерация (ДГ) — концепция распределенных энергетических ресурсов подразумевает наличие множества потребителей, которые производят тепловую и электрическую энергию для собственных нужд, направляя их излишки в общую сеть. (Рис.1). В настоящее
время промышленно развитые страны производят основную часть электроэнергии централизованно, на больших крупных электростанциях, таких как угольные электростанции, атомные электростанции, гидроэлектростанции или электростанции на природном газе. Такие электростанции обычно передают электроэнергию на большие расстояния.
Рис 1. Энергосистема с различными системами генерации
Строительство большинства из них было обусловлено множеством экономических, экологических, географических и геологических факторов, а также требованиями безопасности и охраны окружающей среды. Другой подход — ДГ. При этом снижаются потери электроэнергии при транспортировке из-за максимального приближения электрогенераторов к потребителям электричества, вплоть до расположения их в одном здании.
Децентрализованная генерация может быть разделена на два направления: Системы с когенерацией и системы на базе возобновляемых источников энергии.
Системы ДГ могут подключаться к распредсетям электросетевой компании, действующей в регионе, или непосредственно к сетям потребителей. Так как мощность установок ДГ значительно меньше мощности централизованной энергосистемы, то они не влияют на ее баланс. Существенным преимуществом ДГ является также снижение выбросов тепличных газов, повышение энергетической безопасности потребителей и снижение издержек на энергообеспечение.
Как известно, одной из задач энергетики является снабжение энергоресурсами муниципальных образований. Автономное
децентрализованное энергоснабжение может выполнять не только функции резервного, но и в ряде случаев выступать как основной источник энергии, при этом не зависящий от централизованного. Децентрализация позволит
приблизить источники энергии к потребителям, снизить издержки, следовательно и цены, усилит конкуренцию на рынке, повысить надежность энергоснабжения. При этом:
- потребитель не оплачивает технологические потери в электрических сетях, кроме локальных.
- потребитель не оплачивает коммерческие потери (в т.ч. хищения) в электрических сетях республики
- потребитеь не участвует в перекрестном субсидировании, в дополнительных затраты энергоснабжающих организаций, в затратах на обслуживание сетевых компаний и т.д.
- потребитель не выплачивает прибыль в пользу владельцев: генерирующих компаний; высоковольтных сетей; оптового рынка электроэнергии; ОАО «Севкавказэнерго» и других.
Поэтому потребитель оставляет у себя не только прибыль вышеуказанных компаний, но и инвестиционную составляющую, заложенную в тарифах. потребитель получает возможность дополнительно снизить затраты на энергоснабжение, получая электроэнергию собственной электростанции. Децентрализованной генерации (ДГ) и возобновляемым источникам энергии (ВИЭ) в России до сих пор уделяют не значительное внимание. Однако эти направления позволяют повысить энергетическую безопасность, сократить выбросы тепличных газов и уменьшить цены на электрическую и тепловую энергию для потребителей.
Системы ДГ имеют следующие особенности по сравнению с централизованным электроснабжением:
• Не имеют централизованного планирования и могут управляться собственниками или потребителями.
• Не имеют централизованного диспетчерского управления.
• Их мощность не превышает 25 мВт.
• Подключаются к распределительным сетям региона или к внутренним сетям потребителя.
• Генераторы ДГ могут быть как сетевыми, подключенными к распределительным сетям системы и работающие параллельно с ней, или автономными, подключенными непосредственно к потребителю без сетевого питания.
• В системах ДГ часто применяю установки с когенерацией, работающие на природном газе или жидком топливе, которые отличаются тем, что имеют комбинированное производство электроэнергии и тепла. При этом электроэнергия и тепло потребляются на месте. При наличии избытка электроэнергии она может поставляться о общую сеть
Преимущества ДГ
Основными достоинствами децентрализованных систем электроснабжения являются:
• повышение надежности энергоснабжения потребителей и снижение потерь электроэнергии вследствие приближения энергоисточника к потребителю;
• устойчивость к различного рода возмущениям в смежных зонах вследствие их независимости;
• снижение и равномерность распределения нагрузки на окружающую среду;
• использование финансовых средств местных бюджетов, деловых структур и отдельных граждан на создание и сооружение энергообъектов;
• возможность сооружения комплексных энергоисточников на базе солнечных, ветроэнергетических и биогазовых установок, малых ГЭС, а также дизельных, газомоторных и небольших газотурбинных агрегатов в сочетаниях, определяемых наличием местных ресурсов;
• снижение затрат на транспортировку топлива.
Когенерационные системы
Когенерация — процесс совместной выработки электрической и тепловой энергии. Когенерация широко используется в энергетике, например на ТЭЦ (Википедия). Тригенерация — это организация сразу трех энергий: электричества, тепла и холода. Тригенерация является более выгодной по сравнению с когенерацией, поскольку даёт возможность эффективно использовать утилизированное тепло не только зимой для отопления, но и летом для кондиционирования помещений или для технологических нужд. Это позволяет использовать генерирующую установку круглый год, тем самым не снижая высокий КПД энергетической установки в летний период, когда потребность в вырабатываемом тепле снижается. Топливом для когенерационных установок является газ, в том числе и сжиженный. Высокая эффективность когенерационных установок определяется следующим:
- Электроэнергия тепло используется непосредственно в месте получения, а это обходится гораздо дешевле, чем строительство и эксплуатация многокилометровых электрических сетей и теплотрасс;
- Электроэнергия используется большей частью в месте получения без накладных расходов поставщиков энергии, а ее стоимость для потребителя может быть в разы дешевле, чем у внешних поставщиков;
- потребитель приобретает энергетическую независимость от сбоев и аварий во внешних системах электро и теплоснабжения.
Сравнение между когенерацией и раздельным производством электричества и тепла приводится в таблице 1, основанной на типичных значениях КПД.
Таблица1
Традиционный способ, раздельного получения одного из двух видов полезной энергии - электрической или тепловой. При этом, значительная часть энергии первичного топлива не используется, потери могут составить от 30% до 45%.
(http://www.kmtg.ru/innovations/smallpower/kogeneration/? PHP SESSID=abtv9n9epj dtsu50nfsn3k9560 ). При росте цен на газ прибыльность эффективность электростанции возрастет. Подтверждение этому страны ЕС. Так в Дании, Голландии доля когенерации составляет более 40%, а к 2010 году прогнозируется увеличение до 55% от всей генерации электроэнергии. Когенерационные установки на базе газопоршневых двигателей имеют электрический КПД 40^43%, а с учетом тепла общий КПД превышает 87%, что минимизирует наивысшую на сегодняшний день эффективность преобразования энергии топлива в электричество, - топливную составляющую в себестоимости производимой электроэнергии.
Когенерация позволяет избежать значительных потерь, сохраняя до 40% топлива и значительно увеличивая общий КПД энергосистемы до 92%. (Рис.2)
Основу когенерационной системы составляют газопоршневые (ГПУ) или газотурбинные (ГТУ) установки. Силовой агрегат подает вращательный момент на генератор, который вырабатывает электрический ток. В то же время система теплообменников позволяет «снимать» из системы выхлопа выработанную тепловую энергию, подогревая котел с водой, которая затем используется для отопления помещений (Рис.4). На 100 кВт выработанной электрической мощности можно получить около 150 кВт тепловой мощности, что позволяет полностью покрыть потребность в недорогой электрической и тепловой энергии. Мощность же и тип такой установки определяется объемом потребляемой энергии. Так, при нагрузке до 5 - 10 МВт целесообразнее использовать ГПУ. Если потребная мощность больше, то эффективней использовать ГТУ. С когенерационными системами, расположенными в непосредственной близости от потребителя, исключаются потери энергии в электрических сетях, потер в которых достигают 20% . (http://www.mega-dom.ru/article-13_mid123.html) ДГ достаточно просто встраивается в существующую энергетическую ифраструктуру, не возникнет новых проблем, поскольку не понадобится прокладка новых линий электропередач, строительство новых трансформаторных подстанций, перекладка теплотрасс и т. д., что повышает надежность энергоснабжения. При традиционном энергоснабжении, как правило, возникают организационные, финансовые и технические трудностей при подключении к сетям общего пользования и росте мощностей предприятия. Когенерация позволяет исключить эти трудности и избежать неэффективных затрат на средства
передачи энергии и исключить потери при транспортировке энергии, так как энергогенерирующее оборудование установлено в непосредственной близости от потребителя.
Когенерация в РСО-А
Основой реализации проекта с привлечением частных и бюджетных инвестиций должно стать:
• Генерация электрической и тепловой энергии.
• Транспорт электро и тепловой энергии.
• Реализации электрической и тепловой энергии.
• Создание систем АСКУЭ.
• Работы по повышению эффективности использования энергоресурсов и энергосбережению.
• Энергетический аудит и инжениринг.
• Работы по возобновляемой и нетрадиционной энергетике.
• Защита среды обитания и экология.
Эффективность бизнеса будет осуществлено за счет:
• Инвестиций в новые технологические решения
• Сокращения административных и эксплуатационных затрат.
• Реконструкции существующего оборудования.
• Создания современных систем учета.
• Оптимизации тарифов за счет прозрачных финансовых процедур и среднесрочного планирования.
• Независимого менеджмента от политических и экономических интересов местных элит.
• Решения вопросов взаимодействия с местными властными структурами и территориальными бюджетами.
Реализация проекта «Когенерационныпе системы» позволит:
• Резко повысить качество представляемых потребителям услуг за умеренную цену.
• Провести реконструкцию существующих и создание новых систем обеспечения жизнедеятельности граждан на основе эффективных энергосберегающих технологий и оборудования.
• Содействовать проведению рыночного реформирования отрасли в регионе с привлечением бизнес сообщества.
• Совместно с местной администрацией решить проблемы, связанные с субсидированием социально не защищенной части населения на основе монетизации и адресного субсидирования граждан.
• На базе местных учебных заведений организовать подготовку специалистов ЖКХ всех уровней.
• Решить проблему адекватной оплаты труда.
Начало реализация любого проекта можно осуществить в течении 1 квартала после начала финансирования. В этой связи в регионе необходимо форсировать строительство газотурбинных и газопоршневых теплоэнергоцентралей (ТЭЦ) мощностью до 40 мВт и минигазопоршневых ТЭЦ мощностью несколько сот кВт. Ориентировочная стоимость строительства первых составит до 30 млн. $, вторых до несколько сот тысяч $ в зависимости от установленной мощности. Сроки строительства подобных станций колеблется от 5 кварталов до полугода в зависимости от мощности со дня начала финансирования работ. Для нашей республики для решения проблемы перекрестного субсидирования и существенного снижения тарифов для населения и организаций бюджетной сферы достаточно иметь одну ТЭЦ мощностью до 40 мВт, пуск которой позволит снизить стоимость электрической и тепловой энергии для всех потребителей не менее, чем на на четверть и ликвидировать перекрестное субсидирование. Пуск малых ТЭЦ позволит сократить стоимость электроснабжения для групп домов на 30-20%. Существенно удастся уменьшить платежи горожан за отопление и горячее водоснабжение.
Финансирование программ по строительству работающих на природном газе ТЭЦ может осуществляться за счет: собственных средств граждан, кредитных ресурсов, бюджетных ссуд, средств различных частных фондов и международных организаций, как вложения в высокоэффективные проекты, так как срок окупаемости подобных установок находится в пределах трех лет и менее в зависимости от баланса энергопотребления, графика нагрузки и тарифной политики в регионе.
Возобновляемые источники энергии
Потребляемая в настоящее время энергия это в основном ископаемое углеводородное топливо, сжигаемое в различных энергетических установках. Уголь, нефть и природный газ - это ресурсы из недр Земли, их количество конечно и не возобновляемо. Кроме этого, огневая энергетика ведет к загрязнению окружающей среды и эмиссии тепличных газов, которые являются одной из главных опасностей для человечества в 21 веке. Как предсказывал Мишель Ностродамус «Черная кровь Земли ее погубит. Невежды и ростовщики сожгут леса и задымят небо, отрежут Солнце от всего живого. Погибнет все, но обреченные продолжат до агонии плясать и предаваться пиршествам». Необходимы срочные меры по снижению пагубного воздействия классической энергосистемы на окружающую среду, обеспечивая при этом
потребность в энергии, которые основаны на увеличении энергоэффективности, энергосбережении и использовании возобновляемых источников энергии.
INFORCE-EUROPE подготовило и опубликовало прогноз развития энергетики и возможных энергетических балансов до 2050 года, который предполагает что выработка энергии за счет возобновляемых источников в ЕС к 2030 году составит 45% , а к 2050 году может достичь 100%. Можно соглашаться или нет с таким прогнозом, но ясно одно: эра углеводородов к середине столетия может кончиться. К сожалению ни население, ни бизнес -сообщество, ни власть в нашей стране на это не обращают серьезного внимания. По видимому такой подход основан на уверенности в том, что Россия располагает огромными запасами энергоресурсов, и нет особой нужды их экономить, а также заниматься повышением эффективности использования энергоресурсов и переходом к альтернативной энергетике. Такие направления, как солнечная энергетика, использование тепла земли, энергосбережение, имеют незначительную финансовую поддержку. Существующее положение дел не может не удивлять, поскольку именно применение возобновляемых источников энергии и энергосбережение могут существенно помочь в решении современных энергетических проблем.
Основное преимущество возобновляемых источников энергии (ВИЭ) их неисчерпаемость и экологическая чистота. Возобновляемые источники энергии играют значительную роль в решении трёх глобальных проблем, стоящих перед человечеством: энергетика, экология, продовольствие. Экономический потенциал возобновляемых источников энергии в нашей республике в оценивается в 15 млрд. кВтч в год, что в 3 раза превышает объем годовой потребления всех видов энергоресурсов. Аналогичная картина во всех регионах России и в мире. Это обстоятельство указывает путь развития энергетики ближайшего будущего. Поэтому проблемы развития ВИЭ обсуждаются на самом высоком уровне. Так, на встрече на высшем уровне на Окинаве (июнь 2000) главы восьми государств, в том числе Президент России В. В. Путин, обсудили глобальные проблемы развития мирового сообщества и среди них проблему роли и места возобновляемых источников энергии. Было принято решение образовать рабочую группу для выработки рекомендаций по значительному развертыванию рынков возобновляемой энергетики. Практически во всех развитых странах формируются и реализуются программы развития ВИЭ. 19.01.2009 газета «The Wall Street Journal» отметила, что компании альтернативной энергетики растут, в то время как другие пытаются выжить. Единственная отрасль промышленности, переживающая бум в инвестиционном и коммерческом плане: альтернативная энергетика, тогда как другие компании сокращают персонал и их финансирование уменьшается. Президент Обама призвал в США удвоить за три года производство альтернативной энергии, для чего в пакет экономических стимулов для выхода
из кризиса экономики США включены планы по развитию ВИЭ, в том числе солнечная энергетика, которая получит растущее финансирование. Такая же картина в ЕС. Так в Германии 26 января 2009 г. начало работать Международное Агентство по возобновляемым источникам энергии (IRENA). Главная задача этой организации - способствовать развитию альтернативных источников энергии в промышленных и развивающихся странах мира. Правительство РФ также принимает меры в этом направлении. 8 января 2009 года распоряжением №1-р Председателем Правительства РФ В.В.Путиным были утверждены «Основные направления государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2020 года». На заседании Правительства 27.01.09 В.В.Путин указал, что работа по ВИЭ «остается у нас одним из приоритетных направлений».
Рис. 3. Выбросы углекислого газа в атмосферу в зависимости от вида
первиного источника энергии
В качестве малых энергоисточников для ДГ можно применение энергоустановок мощностью от нескольких кВт до десятков МВт в агрегатах, использующих энергию солнца, ветра, водных стоков, биоотходов, тепла земли, органического топлива и т.д. Основной целью развития нетрадиционной энергетики является рациональное использование природных энергоресурсов с сохранением экологического равновесия и снижение эмиссии тепличных газов..
При этом должны решаться следующие задачи:
1. повышение уровня жизни населения на основе современных систем энергоснабжения на базе возобновляемых источников энергии и инновационных технологий,
2. сокращение выбросов углекислого газа в атмосферу (Рис. 3 )
3. сокращение потребления нефтепродуктов и развитие региональной энергетической базы,
4. стабилизация цен на энергоносители и обеспечение бесперебойного энергоснабжения,
5. снижение потребности в дровах, замедление процесса сведения растительного покрова, повышение эффективности землепользования,
6. подготовка квалифицированного персонала в области производства и потребления энергоресурсов и их эффективного использования.
5. Разработка и производство оборудования для ВИЭ, а также их сооружение и эксплуатация с установленной мощностью от 500 Вт до 1000 кВт.
6. Надежное электроснабжение потребителей, расположенных в отдаленных территориях.
7. Снижение зависимости потребителей от поставки электроэнергии с оптового рынка.
8. Улучшение демографической и социально-экономической обстановки в регионе.
Способы использования возобновляемых источников энергии приведены в таблице 2.Такое решение проблемы электроснабжения муниципальных образований может обеспечить экономию бюджетных средств и снизить платежи потребителей за электроэнергию, а также создаст возможность для дополнительных поступлений в местный бюджет. Финансирование проектов по ВИЭ должно осуществиться с помощью специально созданного револьверного фонда. Первый взнос на строительство первой электростанции может поступить за счет различных источников, начиная от бюджетного финансирования и заканчивая собственными средствами потребителей. Окупаются такие проекты, как правило, за 3-5 лет.
Способы использования возобновляемых источников энергии
Таблица 2
Источник энергии Способы использования
Солнце Термоаккумуляция, фотоэлектричество, солнечные электростанции с термодинамическим циклом, фотохимические технологии.
Биоэнергия Продуцирование биомассы, биохимические процессы, пиролиз, биогаз, брожение.
Энергия водных потоков Рукавные микро ГЭС, стационарные микро ГЭС, механический привод, аэролифтные системы.
Ветер Ветроэлектростанции, ветротеплогенераторы, механические системы с приводом от ветродвигателя.
Тепло земли Теплоснабжение, теплоэлектричество, геоТЭЦ.
Особый интерес возобновляемые источники энергии представляют для потребителей, расположенных в отдаленных местах, где население в основном занимается сельскохозяйственным производством. Малые возобновляемые источники энергии, например МГЭС, расположенные в центре нагрузок, является источниками электроснабжения и способствовать значительному снижению объема электросетевого строительства. Обеспечение потребителей в горной зоне электроэнергией путем строительства воздушных ЛЭП-10/6,04 кВ, с учетом растущих цен на стройматериалы и другие ресурсы, высоких тарифов представляется экономически менее целесообразным, чем использование возобновляемых источников энергии горных рек и водотоков.
Необходимо отметить, что большой интерес для отдаленных территорий и горной зоны представляет производство экологически чистых продуктов питания. Рассмотрим в качестве примере животноводство в горной зоне, для которого необходимо обеспечить переработку и раздачу кормов, обеспечение микроклимата для молодняка, и т.д.
Бытовые процессы. Создание нормальных бытовых условий, переход на электрическое освещение, приготовление пищи, отопление, использование бытовой электро- и радиотехники, обеспечение санитарно-гигиенических условий (стирка белья, купание, охлаждение продуктов питания, дезинфекция с помощью кварцевых ламп и т.д.). В расчете на персонал, обслуживающий 1000 условных голов животных, необходимо до 16 тыс. кВтч в год.
Производство и заготовка кормов. Электроэнергия расходуется на полив пастбищ от разных водоисточников: требуется от 1,5 до 4,8 кВтч в год на водозабор на 1 га, на орошение с помощью дождевания до 4,4 тыс. кВтч, итого до 9,2 тыс. кВтч. Электроэнергия используется для обеспечения активного вентилирования сена, загрузки сенажных башен, производства травяной муки и т.д. На 1000 условных голов животных необходимо до 9-12 тыс. кВтч в год.
Переработка и раздача кормов. Процессы переработки кормов измельчением, дроблением, гранулированием (3,0 тыс. кВтч в год на 1000 условных голов), транспортировка с помощью шнеков и скребков транспортеров (1,2 тыс. кВтч), запаривание горячей водой и паром (1,6 тыс. кВтч), раздача кормов с помощью транспортеров кормораздатчиков (4,4тыс. кВтч). Итого на 1000 условных голов в год необходимо 15,2 тыс. кВтч электроэнергии.
Водоснабжение. Для фермы в расчете на 1000 овец требуется около 11 м3 воды в сутки. Для этого в годовом исчислении необходимо в среднем: на подъем воды - 3,0 тыс. кВтч, распределение воды по объектам - 1,2 тыс. кВтч, подогрев для поения и санитарно-гигиенических нужд 6,0 тыс. кВтч, итого около 10,2 тыс. кВтч электроэнергии. Кроме того, на обеспечение микроклимата молодняка овец на 1000 голов в год на облучение и освещение -до 5000 кВтч и обогрев - до 22 тыс. кВтч.
Стрижка и купание. Стригальный пункт, состоит из стригальных машинок, точильных аппаратов, пресса для шерсти, 24 машинок для транспортировки шерсти, общей мощностью 11,9 кВт. Расход электроэнергии при стрижке 1000 овец составляет 800 кВтч. Купочное оборудование при этом потребляет около 700 кВтч.
Наиболее доступным и дешевым источником электрической энергии, особенно в горных условиях, является гидроэнергетический потенциал. Известно, что технический гидроэнергетический потенциал малой гидроэнергетики в республике равен 500 млн. кВтч. Этот потенциал позволит повысить социально-культурный уровень жизни жителей гор, снизить издержки производства, повысить надежность и качество энергоснабжения на базе местных ресурсов, снизить антропогенное воздействие на окружающую среду. Малые гидроэлектрические станции нетрудно совместить с традиционными технологиями получения продуктов питания и мелкотоварного производства. Особый интерес такие источники энергии представляют для сельскохозяйственных потребителей в отдаленных территориях и в горной зоне.
Основные потребители энергии в сельском хозяйстве приведены в таблице 3.
Потребители энергии в сельском хозяйстве
_Таблица 3
Бытовые потребители Технологические потребители
Приготовление пищи Микроклимат в технологических
Отопление и кондиционирование Помещениях
Жилых помещений Кормоприготовление
Освещение Уход за животными, лечение,
Нагрев воды для бытовых целей Вакцинация
Радио, телевидение, связь, Получение продукции в
животноводстве и аквакультуре
Уборка, мойка посуды, стирка и т.д. Технологии в растениеводстве
Транспортные операции
Санитарно-гигиенические Сушка и первичная обработка
мероприятия продукции
В одоснабжение Обработка материалов
Орошение и водоснабжение
Канализация Уборка и утилизация отходов
Сооружение МГЭС окажет заметное влияние на развитие хозяйственного комплекса на территории всей горной зоны. Строительство МГЭС будет способствовать быстрой и качественной перестройке условий жизни местного населения, укреплению производственной базы размещения МГЭС, улучшение местных транспортных средств, повышению квалификации местных национальных кадров, воспитанию специалистов строителей и эксплуатационников гидроэнергетического оборудования и электрических сетей. Срок строительства малых и сверхмалых ГЭС (Рис.4) колеблется от нескольких месяцев до нескольких лет, в зависимости от конкретных гидроэкологических условий и мощности.
Для электроснабжения поселений в горной зоне необходимо организовать применение рукавных микро-ГЭС, которые могут устанавливаться на местности в течении нескольких дней. Цена электрической энергии для конечных потребителей при этом будет менее 1 руб. за кВт час. Такие станции
на базе асинхронных электрических машин с короткозамкнутым ротором имеют достаточно простую конструкцию и невысокую стоимость.
В качестве примера рассмотрим горную зону Пригородного района сел. Кобань. В селе имеется 120 абонентов с зарегистрированным населением 395 человек, которые потребляют около 400 тыс. кВтч в год. Потребление местной администрации составляет 300 тыс. кВтч. Это вместе с потерями составит 800 тыс. кВтч в год. Такое количество электроэнергии можно получить с помощью микро ГЭС мощностью 100 кВт, которую легко построить на протекающей по
Рис. 4. Общий вид мини ГЭС
1. Энергоблок, 2. Блок регулирования, 3. Балластная нагрузка, 4. Водоприемник, 5. Заслонка, 6. Водопроводный рукав, 7. Щиток распределитель, 8. Заземлитель, 10. Переходник, 11. Разъемное соединение, 12. Электрокабель.
Массовое строительство миниГЭС позволит улучшить условия жизни, увеличит использование сельскохозяйственных угодий и рекреационный потенциал горной зоны, повысит отдачу капиталовложений в энергетику, учитывая, что срок строительства малых и сверхмалых ГЭС колеблется от одного месяца до трех лет, в зависимости от конкретных гидрологических условий и мощности.
Изучение технических особенностей проектирования и строительства МГЭС показало, что целесообразным являются следующие проектные решения:
• работа МГЭС в режиме водотока без регулирования стока;
• деривационная схема создания напора;
• применение без плотинных водозаборов, не стесняющих русла реки и позволяющих свободно пропускать сели и паводки;
• применение активных турбин двухкратного действия, простых в изготовлении и имеющих относительно низкую стоимость;
• применение в качестве генераторов серийно изготовляемых отечественной промышленностью электрических машин;
• применение блочных конструкций заводского изготовления; Строительство МГЭС, в особенности в отдаленных местах, может
полностью опирается на местные ресурсы: материалы, технологии, рабочую силу средней квалификации.
Диаметр трубы, мм
100 150
200 22В 2ЫЗ 300
ЗТ6
4М Б?5
(и К К
(О «
03
ч:
к
4 к
Он
о с
оЗ
К
20 2в 4« 56 450 100 120 160 200
геи зоо
Расход воды, л/с
Рис. 5. Номограмма определения мощности ГЭС
Из выше приведенного видно, что для обеспечения электроэнергией и теплом небольшого автономного производства в зависимости от поголовья животных необходима микро-ГЭС мощностью от 5 до 20 кВт. Для потребителей, работа которых связана перемещениями, могут быть использованы мобильные микро ГЭС мощностью от 1 до 3,0 кВт.
Мощность равна произведению величины напора на величину потока, следовательно, чем больше обе величины, тем большее количество энергии можно выработать. Чтобы вычислить полезную мощность, нужно также учитывать потери напора в трубопроводах и коэффициент полезного действия оборудования, который можно принять 60% .
N = 9,81 - 0 - Н
Рассчитать ежегодное производство электроэнергии Е, кВт-ч можно по формуле:
Е = N ■ Т,
где N - мощность, кВт; Т - время, час, число часов эксплуатации в году.
На рис. 5. приведена номограмма определения мощности ГЭС.
Солнечная энергетика
Солнечная энергия может быть преобразована в тепловую, механическую и электрическую энергию, использована в химических и биологических процессах. Солнечные установки находят применение в системах отопления и охлаждения жилых и общественных зданий, технологических процессах, протекающих при низких, средних и высоких температурах.
Эффективно использовать солнечные батареи небольшой мощности (от единиц до сотен ватт) для питания различных маломощных установок (радиоаппаратуры, освещения и др.) удаленных от электрических сетей общего назначения. С учетом непостоянства интенсивности солнечной радиации и ее суточной цикличности целесообразно использование солнечных батарей совместно с другими энергетическими установками (ветроустановки, мотор-генераторы, микро-ГЭС). Наибольшее распространение получили два типа энергетических установок с использованием солнечной энергии:
• Термоаккумулирующие установки
Применение относительно дешевых, технологически несложных солнечных установок по аккумуляции тепла может обеспечить потребность населения в тепловой энергии для приготовления пищи, сушки, нагрева различных жидкостей, опреснения воды.
Системы термоаккумулляции (Рис.б)вне зависимости от сферы использования, состоят из следующих основных элементов:
1. Уловитель солнечной радиации.
2. Преобразователь солнечного излучения в тепловую энергию передаваемую теплоносителю.
3. Система переноса теплоносителя от преобразователя к аккумулятору или рабочему телу.
4. Теплоаккумулятор.
5. Теплообменник - если в этом есть необходимость.
"
Бак-аккумулятор
г
К потребителю
Из водопровода
Л, Л ®Ш:
'Т
Рис 6. Принципиальная схема простейшей солнечной водонагревательной установки.
На основе теплоаккумулирующих солнечных установок могут быть созданы устройства, позволяющие получать механическую энергию для привода насосов, компрессоров, электрических генераторов и т.п. Одним из направлений солнечной теплоэнергетики является получение холода с помощью абсорбционных холодильных установок.
Применение относительно дешевых, технологически несложных солнечных установок по аккумуляции тепла может обеспечить потребность сельских жителей в тепловой энергии для приготовления пищи, сушки, нагрева различных жидкостей, опреснения воды, получения холода и т.д. Установки такого типа используются во многих странах. Энергия необходимая для приготовления пищи в количестве 300 Втч/кг, легко аккумулируются в этой печи в течении часа. Для быстрого приготовления еды и получения высокой
температуры используется простая параболическая печь с диаметром 1,5 м и краевым углом 30°, что обеспечивает мощность 0,5-1,0 кВт. Подобные установки во многих случаях могут решить проблему теплоснабжения, не расходуя на эти цели углеводородное топливо и электроэнергию. Фотоэлектрические установки.
Наиболее распространенными установками солнечных электрических генераторов являются системы с применением полупроводниковых, как правило, кремниевых, фотоэлектрических батарей. По некоторым расчетам, количество солнечной энергии, достигающей поверхности земли каждые 72 часа эквивалентно всей энергии сосредоточенной в мировых запасах угля, нефти и природного газа. Двадцать лет назад, киловатт-час электричества, полученный за счет использования энергии Солнца, стоил $2.50. В настоящий момент его стоимость снизилась до 8- 23 центов. Электроэнергия от таких станций может, помимо использования в качестве сетевого источника, аккумулироваться с помощью гидроаккумуляции или за счет получения водорода с помощью электролиза. Водород можно использовать в бытовых нуждах, как моторное топливо, как технологическое топливо и сырье для получения чистых химических материалов, а также продаваться на сторону.
Рис7..Мобильная фотоэлектрическая станция мощностью 400 вТ
В горах республики РСО-Алания имеются солнечные долины, в которых бывает до 300 солнечных дней в году. Если учесть, что современные солнечные энергетические установки могут обеспечить мощность до 150 Вт с кв. метра, то в таких долинах на северных склонах гор можно построить солнечные фотоэлектрические или термоэлектрические станции, которые в дневное время будет вырабатывать электрическую энергию для питания электрических насосов для закачивания воды в напорный бассейн. В ночное время насосы в режиме электрического генератора будут использовать накопленную воду для обеспечения ночного максимума нагрузки. В качестве примера можно привести ряд установок разработанных в СКГМИ (РСО-А, г. Владикавказ), например мощностью 400 вТ. (Рис.7). Эти разработки охватывают весь возможный спектр использования: от маломощных, переносимых одним человеком, до мощных, стационарных электростанций для электроснабжения жилого дома. мощностью от 20 Вт до 2000 Вт. Работа всех фотоэлектрических установок полностью автоматизирована. Опытные образцы установок эксплуатируются в различных отраслях. Так, две электростанции типа ПСЭ-40 эксплуатируются в отряде быстрого реагирования МЧС России (г. Жуковский) и дважды побывали на Северном полюсе. Мобильные электростанции эксплуатируются на экологических постах и постах ГАИ в РСО-А и в Кабардино-Балкарии. Срок службы всех электростанций не менее 10 лет.
Основой получения фотоэлектричества является кремний. Полупроводниковый кремний, получаемый из поликристаллического кремния, является базовым материалом для электроники и электротехнической промышленности. В России отсутствует собственная промышленная база по производству поли - кристаллического кремния. Представляется целесообразным организация в РСОА предприятия комплексного производства изделий фотоэлектричества, включая производство пластин монокристаллического кремния, солнечных элементов и солнечных батарей объемом до 50 МВт в год. По прогнозам, к 2030 году 1,8 тысячи гигаватт будут вырабатываться фотоэлектрическими системами, которые будут установлены по всему миру. Выработка этих систем составит 2,6 тысячи TWh (миллиард киловатт-часов) в год, что составит 14% от глобальной потребности в электроэнергии. Этого, по оценкам специалистов, будет достаточно, чтобы обеспечить электроэнергией 1,3 миллиарда человек в технологически развитых районах и более 3 миллиардов человек в отдаленных сельских районах.
"Использование энергии солнца может к 2030 помочь предотвратить выброс 1,6 миллиарда тонн углекислого газа, что эквивалентно выбросам с 450 электростанций, работающих на угле. Борьба с изменением климата требует революции в области промышленности, а использование энергии солнца -
основная часть этой революции. ", - отметил эксперт по энергии организации Гринпис Свен Теске. ( http://www.energosovet.ru)
Возможности ветроэнергетики человечеству известны давно. Это, в первую очередь, машины прямого преобразования энергии ветра в механическую энергию (ветряные мельницы и водяные насосы). Несмотря на широкое распространение электрических ветрогенераторов в мире, для северных стран, в том числе и для России, интересными являются тепловые ветроустановки с прямым преобразованием энергии ветра в тепловую энергию, используемую для обогрева помещений, а также в виде тепловых насосов, которые могут использоваться для получения холода. К сожалению в РСОА для строительства ветроэлектростанции мощностью до 3-5 мВт пригодна только долина Чми, где среднегодовая скорость ветра составляет более 5 м/сек. В остальных местах могут найти применение установки мощностью до нескольких кВт для локальных потребителей.
В связи с ростом цен на ископаемое углеводородное топливо большой интерес представляет использование биотоплива, получаемое из биомассы. Выращивание быстрорастущих растений - сахарного тростника, кенафа, подсолнечника, рапса, сорго, маниоки, сине-зеленых водорослей; переработка биомассы с помощью солнечной энергии; биофотолиз воды для производства водорода; биоконверсия органических материалов в метан; пиролиз и химическое восстановление органических материалов с получением твердых, жидких и газообразных топлив - это технологии, с помощью которых можно получить экологически чистое топливо. Привлечение потенциала биотоплива на основе спирта и рапсового масла к энергетическому балансу республики может стать одним из способов энергообеспечения транспорта и сельскохозяйственного производства. Урожайность рапса составляет в среднем 30 центнеров с га и из него можно получить 1,5 тонны топлива (биодизель). Перспективными для коммерческого использования в ближайшие годы можно считать следующие технологии:
• промышленные древесно и мусоросжигающие котлы мощностью 0.1-5 МВт для установки в гослесхозах и на деревообрабатывающих комбинатах;
• соломосжигающие фермерские котлы и котлы для малых теплосетей мощностью 0.1-1 МВт;
• биогазовые установки для крупных ферм КРС, свиноферм, птицефабрик и предприятий пищевой промышленности;
• установки добычи и использования биогаза с полигонов ТБО в мини-электростанциях мощностью 0.5-5 МВт.
• получение жидкого топлива из целлюлозы (метанол) и дизельного топлива на основе рапсового масла.
Биогазовые установки также могут способствовать повышению энергообеспечению села. Их широкое внедрение возможно на овцефермах, фермах крупного рогатого скота (КРС), птицефабриках и предприятиях пищевой промышленности. Использование биогаза с полигонов ТБО является наиболее прибыльным на промышленных предприятиях, расположенных неподалеку от самих полигонов. Рентабельным его использованием является производство электроэнергии мини-электростанциями или мини-ТЭЦ на базе газовых двигателей внутреннего сгорания
В последнее время водород все чаще рассматривается как энергоноситель наступившего века, а водородной энергетике предвосхищают место классической углеводородной энергетике основанной на ископаемых топливах таких как: уголь, природный газ, нефть и продуктах их переработки. Внешне очень привлекательная, экологически безопасная схема получения энергии в результате окисления водорода кислородом воздуха с получением отходов в виде воды и незначительных количеств оксидов азота требует решения ряда сложных технологических задач: получение водорода, его хранение, транспорт и эффективное использование, как энергоносителя. Важным преимуществом водорода является безопасность для окружающей среды. При сжигании водорода образуется вода, не выделяются: угарный газ, диоксид углерода, дающий тепличный эффект, сернистый газ с его кислотными дождями, зола и смолы. Водородная энергетика- это энергетика будущего, а если она будет основана на солнечной энергии, то снизится и тепловое загрязнение. Водород может использоваться в различных преобразователях энергии от двигателей внутреннего сгорания для получения механической энергии до электрохимических генераторов тока - топливных элементов для получения электрической энергии. Основным препятствием для широкомасштабного использования водорода как топлива является отсутствие дешевых методов получения его товарных количеств.
Геотермальные источники энергии
Нетрадиционные решения могут также внести достаточно весомый вклад в обеспечение потребителей небольшой мощности электрической и тепловой энергией. К таким решения можно отнести использование энергии тепла Земли. Так, например, в Минсельхозе РСО-А имелось предложение по строительству теплицы на геотермальных источниках в районе селения Бирагзанг, где имеются скважины с горячей водой с температурой более 60оС .Сферы применения геотермального тепла приведены на рис.8.
На Северном Кавказе имеются обширные геотермальные ресурсы. Их наличие позволяет создать сеть локальных независимых дешевых и
экологически чистых источников тепла и электроэнергии. Но, несмотря на значительный потенциал ресурсов, Россия сегодня существенно отстает от многих стран мира по развитию геотермальной энергетики, ее давят традиционные технологии. Важнейшим экологическим преимуществом ГеоЭС по сравнению с традиционными электростанциями является значительное снижение выбросов, ответственных за парниковый эффект, и полное исключение выбросов СО2 за счет использования технологии обратной закачки отработавшего теплоносителя в земные пласты. ГеоЭС выбрасывают в атмосферу в 700-1000 раз меньше вредных газов по сравнению с другими энергоносителями.
ДИАГРАММА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОГО ТЕПЛА
(Мштинтурта I а>ЭС
Энергетика
Циниршт ГеоЭС
№
= Сц
Н
и <
5
I Произведению бумаги I Деревоппрвбапшнащвя пранышеннас ш
Ишечение хин. шжитъ Тексшяышя промышленность В /¡¡'фтшт щюмынисншкть I Пкшншичии1 ¡кпиишых б.ЧОКМ
Шпишу/мшчт промычиептиш
Промышленность
Рамакние рип (}бмрев грун то
Нщты промытн'ншкть Тент ци
| Ныршцнтнш? овощей и фрукпхт
Сельское хозяйство
еплофнкаш
=
Пзшжшые бассейны Грязелечебницы
5(1
100
150
200
Бальнеология
250 IX
ТЕМПЕРАТУРА ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ
Ц/нШтмш.! <).т.н.,прг>ф. (¡„{.Покарав
Рис. 8. Диаграмма использования геотермально тепла
В этой связи источником тепловой и электрической энергии для инновационной зоны могут стать энергоцентрали, использующие
геотермальную энергию, которая имеется в районе истоков рек Геналдон и Гизельдон (северные склоны гор Джимарай-хох и Казбек) с запасами более 2,0 млрд. кВтч в год. Здесь же расположены действующий вулкан Казбек (последнее извержение 3-6 тыс. лет назад) и молодые неоинтрузивные массивы (2-3 млн. лет) Теплинского комплекса, находящиеся в непосредственной близости от дневной поверхности на глубине около 1,5 км и имеющие на сегодняшний день температуры около 500° С. Район интенсивно расчленен разрывными нарушениями и зонами повышенной проницаемости большой мощности, которые могут быть коллекторами тепловых потоков. Глубина залегания геотермальных зон начинается со 100 м. То есть можно построить геоэлектростанции суммарной мощностью от 100 до 150 мВт. Такие станции могут обеспечить промышленные и сельскохозяйственные предприятия и жилье теплом, холодом и электроэнергией. Помимо электроэнергии геотермальное тепло можно использовать для отопления помещений различного назначения. Пример локальной системы тепло- и электроснабжения за счет геотермальных ресурсов приведен на рис. 9.
200 кг.'с
Теплоснабжение и ГВС жилого поселка
Продуктивная скважина
20 °С[
Реинжещионная скважина
выращивание грибов
Ры&охсзяйство
Рис.9.. Пример локальной системы тепло- и электроснабжения за счет геотермальных ресурсов
Одной из технологий является освоение, так называемой "неглубокой геотермии" (до глубины 100-200 м), с помощью мелких скважинных теплообменников (СТО) и тепловых насосов (ТН), преобразующих низкопотенциальное тепло грунта до температурного уровня, необходимого потребителю, включая жилой сектор. В отличие от глубинных термальных вод, используемых по технологии геотермальных циркуляционных систем приповерхностные геотермальные ресурсы рассредоточены практически повсеместно (малоэффективны по ресурсам лишь районы с вечномерзлыми грунтами), в т.ч. - по регионам, не имеющим местных источников ископаемого топлива. Как показала оценка ресурсной базы, потенциальные тепловые ресурсы верхних слоев Земли, до глубины 100-200 м, ежегодно возобновляемые, в основном, за счет инсоляции, по территории России составляют до 400-1000 млн. т у.т. в год, что, для сравнения, превышает имеющиеся и намеченные на перспективу до 2020 г. годовые теплопотребности страны. Перспективные ресурсы регионов РФ на пример в Ярославской области, даже если ограничиться глубиной залегания до 100 м, составляют 2,0-2,5 млн. т у.т. в год, что может обеспечить ежегодно не менее 30-40% всей годовой теплопотребности региона.
УД1П-Н Е ИЬ -1
поэдух
То- П П О ч Г ИЛ -и и го р
Т#ПЛЫЙ пол
1еплын пол
Твпловон насос
■Ё
С щьакикнь^в тептзсЛми иник-с с Ы-о-брззными полн-ттилс-новь мл тру6*»м-и
Рис.10 Система энергосбережения коттеджа с использованием тепла грунта и тепловых выбросов вентиляции (режим отопления сезона скважины могут использоваться на охлаждение помещений).
Предварительные оценки, на основе базовой для Европы конструкции СТО (разработка Технологического института в г. Лунде, Швеция, показали, что в геолого-климатических условиях России, где отопительный период в 1,5-2,0 раза продолжительнее среднеевропейских значений, а температура грунта до глубины 100 м не превышает, как правило, 6-8оС, для отопления зданий одинаковой площади потребуется увеличить количество или длину СТО в 1,5 раза и более.
Для эффективного использования подобных технологий в отопительных системах необходимо снизить тепловые нагрузки на грунт, за счет дополнительных энергоисточников из вне, в частности, тепла вентиляционных выбросов . В летний период скважины, охлажденные в результате отбора тепла за отопительный сезон, можно использовать длякондеционирования помещений. Подобная технология приведена на рис.10, в которой предусмотрен режим, когда кроме тепла грунта используют тепловой
потенциал вентиляционных выбросов (современные теплоутилизаторы позволяют возвращать на подогрев приточного воздуха до 70-90% тепла из линии вытяжной вентиляции). Летом тепло из помещений сбрасывается в скважины, помогая восстановлению температурного режима скважин. При необходимости более сильного охлаждения, например, для хранения продуктов, тепловой насос может переключаться в режим холодильной машины.
Мероприятия по стимулированию использования ВИЭ
Необходимо осознать, что для массового использования возобновляемых источников энергии в РСОА имеются все необходимые ресурсы и возможности. Для этого необходимо в качестве первоочередных мероприятий сделать следующее:
• Провести инвентаризацию всех работ в сфере возобновляемой энергетики;
• Разработать специальную государственную программу развития ВИЭ (национальный проект) с обеспечением необходимых средств для ее реализации.
• Уточнить ресурсную базу малой гидроэнергетики;
• Принять меры государственной поддержки по организации научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по доведению имеющихся образцов изделий и технологий до их производства;
• Организовать финансовую поддержку разработке современных технологий в сфере энергосбережения и возобновляемой экологически чистой энергетике за счет бюджетных и вне бюджетных источников, в том числе за счет привлечения крупных энергетических и металлургических компаний и холдингов к этой работе;
• Разработать предложения по внесению в нормативную документацию, регулирующую энергетический комплекс, соответствующих изменений, которые будут способствовать развитию возобновляемой энергетики и энергосбережению;
• Разработать экономические и административные методы поощрения использования возобновляемых источников энергии в производстве и в быту, включая налоговые льготы и прямые дотации из бюджета;
• Организовать подготовку кадров соответствующих специальностей;
• Разработать и внедрить систему материального поощрения молодых специалистов, обеспечив начальную заработную плату в отрасли не менее 500€ в месяц. За 3000 рублей в месяц не удастся создать успешно работающие сообщества ученых и специалистов в области инновационной энергетики, какой сегодня является энергетика, основанная на возобновляемых источниках.
• Начать активное использование существующих энергосберегающих технологий и возобновляемых источников энергии в всех сферах производства и ЖКХ;
• В связи с тем, что в настоящее время наиболее перспективным для быстрого внедрения являются микро и мини ГЭС и децентрализованные когенерационные установки необходимо обеспечить финансовую поддержку по использованию имеющихся заделов для разработки и внедрения.
• Необходимо создать региональные центры по разработке и производству децентрализованных инновационных энергоустановок с использованием ВИЭ и подготовке кадров.
• Начать активную пропаганду и обучение в сфере энергосберегающей производственной культуры и экономного образа жизни, начиная с детского сада и начальной школы.
Экономика возобновляемой энергетики
Стоимость строительства малых ВИЭ составляет в среднем от 500 до 4000 $ за один кВт установленной мощности со сроком окупаемости от 2 до 20 лет в зависимости от конкретных условий. Гидрологические и морфометрические характеристики горных территорий Северного Кавказа, допускают использование всех типов выпускаемых в России и странах СНГ оборудования.
Зависимость срока окупаемости (Т ок.) для автономных электроустановок от числа часов использования установленной мощности в год п 13риведена на рис. 11.
Удельные капитальные затраты, долп/кВг
■Ф-т « 1000 1500 -♦- 2000 ♦4000
НО да 1ИС 3000 3000 3№ ООО «в) ЗВД 59» 9000
Рис.11. Зависимость срока окупаемости (Т ок.) для автономных электроустановок от числа часов использования установленной мощности в год и удельных капитальных затрат при стоимости топлива в регионе -300 долл/т.у.т., норме издержек - 1% от капитальных вложений, удельном расходе условного топлива - 380 г.у.т./кВт^ч (среднее значение для автономных энергосистем на базе дизельных электростанций)
Заключение
Децентрализованное производство электроэнергии и тепла и использование возобновляемых источников энергии повышает устойчивость энергоснабжения локальных потребителей и способствует решению ряда проблем муниципальной энергетики таких как:
• Диверсификация и повышение надежности обеспечения энергоносителями субъектов муниципального хозяйства.
• Увеличение использования возобновляемых источников энергии и снижение эмиссии тепличных газов.
• Либерализации и развитие конкуренции на розничных рынков энергоносителей.
• Снижение цен и тарифов на потребленные энергоносители.
• Снижение технических и коммерческих потерь.
• Повышение ответственности за энергоснабжение местного населения.
• Улучшение качества жизни отдаленных муниципальных образований и поселений.
• Экономия углеводородного топлива и уменьшение зависимости от внешних поставок.
• Вовлечение местных инвестиционных ресурсов.
• Рост налоговых поступлений в местные бюджеты.
Интенсивное освоение ВИЭ и развитие ДГ ставит целый ряд экологических, гидрологических, технических и организационных вопросов. Их необходимо решать в рамках осуществления соответствующей программы. В программу должны входить схема размещения установок ДГ и ВИЭ с учетом экологических, географических и экономических факторов и очередность их строительства. Для установления экологически и экономически обоснованности развития малой энергетики необходимо повысить изученность малых рек. Разработку основных направлений развития малой энергетики необходимо начать с определения экономически обоснованного энергетического потенциала и потребителей энергии горной зоны.
К сожалению, во властных структурах нет понимания того, что альтернативная возобновляемая нетрадиционная энергетика и
децентрализованная генерация является частью повышения энергетической безопасности страны. В этой связи основные ресурсы направляются не в повышение эффективности использования энергии, энергосбережение и возобновляемые источники энергии, а в средства преобразования углеводородного и "атомного" энергетического материала. Необходимо понять, что возможное изменение способа получения энергии является более фундаментальной новацией, чем глобализация телекоммуникаций, то оно повлечет еще более радикальные социально-политические последствия, чем те, что были вызваны внедрением информационных технологий.
Задел, имеющийся у российской науки и техники в сфере инновационной энергетики, пока еще полностью не потерян. Промышленные прототипы установок можно получить в течение полутора - двух лет при финансировании на один проект в размере от нескольких сотен тысяч до миллионов долларов США. Поэтому в сфере использования возобновляемых источников энергии и децентрализованной генерации, представляется необходимым проведение осознанной государственной политики по следующим основным направлениям:
• Принятие нормативно-правовых актов, обеспечивающих реальную государственную поддержку разработку и внедрение малой децентрализованной энергетики и возобновляемых источников энергии;
• Финансирование инновационных разработок в сфере новых подходов в энергетике.
• Переход на новый инновационный технологический уклад в энергетике и оптимизация его социально-экономического воздействия на народное хозяйство.
Необходимо срочно принять целевую национальную программу по использованию возобновляемых источников энергии (национальный проект) и созданию локальной децентрализованной энергетики. Развитие инновационной отрасли экономики энергетики, повысит конкурентоспособность России и должно стать основой ее энергетической безопасности в будущем. Без этого можно упустить время и оказаться за пределами мирового технологического прогресса, в том числе и в энергетике.
Литература
1. Хузмиев И.К. и др. Инновационная зона в горном районе РСО-А «Кремниевая долина «Тагаурия»Проект-Пресс, Владикавказ,2009.
2. К 2030 году солнце будет обеспечивать электричеством 4 млрд. человек журнал ЭСКО №10 2008, Источник: http://www.energosovet.ru.
3. Савин К. Энергия из-под земли Запасы подземного тепла в 30 раз превышают ресурсы ископаемого топлив, Журнал ЭСКО №8 2008, Источник http://www.ng.ru
4. Хузмиев И.К. Концепция развития электроэнергетики республики Северная Осетия-Алания, ОАО «Осетия - Полиграфсервис», Владикавказ2008.
5. Википедия - свободная энциклопедия, http://ru.wikipedia.org/wiki.
6. Хузмиев И.К. Водород как энергоноситель для горных территорий Тезисы докладов участников 4 международной конференции «Устойчивое развитие горных территорий: проблемы регионального сотрудничества и региональной политики горных районов», Арт-Бизнес-Центр, 2001, М.
7. Хузмиев И.К. Малые ГЭС для энергоснабжения горных территорий.Устойчивое развитие горных территорий. Международный журнал. №1,2009. г.Владикавказ.
8. Хузмиев И.К. Малая энергетика: большое будущее. О новой генерации в РСОА, Академия энергетики, N04, Август 2007, С-Петербург.
9. Гаджиев М.К., Янин Г.С., Муслимов В.Х., Хугаев С.К., Попов В.Г., Муртузалиев Ш.Р., Россихин М.И., Гаджимурадов М.М. Гидроэнергетичесие ресурсы Республики Северная Осетия-Алания. -Владикавказ, Иристон, 1999.
10. Малая гидроэнергетика. ЭСКЮ №11 2005
11. Природные ресурсы республики Северная Осетия - Алания, том «Энергетические ресурсы». / Под ред. И.К. Хузмиева / Владикавказ, Проек-Пресс, 2001.
12. Государственная программа развития электроэнергетики Республики Северная Осетия - Алания, 1994 год. http://www.ecomuseum.kz/dieret/hydro/hydro.html
13. Зачем нужна когенерация, ЭСКО, №7, 2009, http://economic-energy.com.ua
14. Методы и рекомендации по эффективному использованию приповерхностных геотермальных ресурсов на энергообеспечение объектов в центральных регионах России, М.Калинин, В.Кудрявцев, А. Баранов, «Новости теплоснабжения» № 10 (86) 2007 г., www .ntsn.ru, ЭСКО, №12, 2008.
15. Ground Source Heat Pumps - Geothermal Energy for Anyone, Anywhere: Current Worldwide Activity. / Curtis R., Lund J., Sanner B., Rybach L., Hellstrom G. // Proceedings World Geothermal Congress 2005; 24-29 April 2005 Antalya, Turkey. - Antalya, Turkey, 2005. - 9 p.
16. Богуславский Э.И., Певзнер Л.А., Хахаев Б.Н. Перспективы развития геотермальной технологии // Разведка и охрана недр. - 2000. - № 7-8. - с. 43-48.
17. Калинин М.И., Хахаев Б.Н., Баранов А.В. Геотермальное теплоснабжение центральных регионов России с использованием мелких и глубоких скважин // Электрика. - 2004. -№4. - С. 8-13.
18. Основные положения Энергетической стратегии России на период до 2020 года // Приложение к журналу "Энергетическая политика" -М.: ГУИЭС., 2001. - 120 с.
19. Rybach L, Sanner В. Ground-Source Heat Pump Systems the European Experience // Geo-Heat Center Quarterly Bulletin. - 2000. - Vol. 21, №1. -P.16-26.
20. Пат. 2292000 Российской Федерации. Устройство для энергообеспечения помещений с использованием низкопотенциальных энергоносителей / Калинин М.И., Кудрявцев Е.П.; опубл. 2007; БИ №2.
21. Костюков В., Хузмиев И., Возобновляемые источники энергии, издательство ИКАР, М., 2009.
22. Поваров О.А. Тепло Земли-основа теплоснабжения России ,Ассоциация «Геотермальное Энергетическое Общество», 2005
23. Блоем Ян Руководство по практическому применению качества энергии, Раздел 8,Децентрализованная генерация, Внутренние соединения компонентов систем децентрализованной генерации и их
интеграция в сеть общего пользования. Компания KEMA Consulting, Нидерланды. Зима 2006 г.
24. Роб Смит. Руководство по практическому применению качества энергии, Раздел 8,Децентрализованная генерация. Совместное производство электроэнергии и тепла. KEMA Consulting, Нидерланды. Лето 2006.
25. Когенерация позволяет экономить и зарабатывать http://www.raosmin.ru/article/205/116/1/
