CC BY
81
УДК 332.3
МАЛАЯ РАСПРЕДЕЛЕННАЯ ЭНЕРГЕТИКА - НОВЫЙ ВЕКТОР РАЗВИТИЯ ГЕНЕРАЦИИ В СИБИРСКИХ РЕГИОНАХ
Виктор Николаевич Чурашев
Институт экономики и организации промышленного производства СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 17, кандидат экономических наук, ведущий научный сотрудник, тел. (383)330-28-26, e-mail: tch@ieie.nsc.ru
Виталия Михайловна Маркова
Институт экономики и организации промышленного производства СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 17, кандидат экономических наук, старший научный сотрудник, тел. (383)330-28-26, e-mail: markova_vm@mail.ru
В статье рассмотрены проблемы электро и теплогенерации в России, Сибири и Новосибирской области в настоящее время и в перспективе. Показано, что главной задачей развития энергетики должна стать синхронизация вопросов электро и теплоснабжения через развитие распределенной энергетики (в т.ч. когенерационных установок). Смена изолированных схем развития большой электроэнергетики и энергетики муниципального уровня на новую коге-нерационную парадигму позволяет существенно улучшить эффективность как производства так и потребления энергии.
Ключевые слова: когенерация, теплоснабжение, энергоэффективность.
THE DISTRIBUTED GENERATION - THE NEW VECTOR OF DEVELOPMENT OF GENERATION IN THE SIBERIAN REGIONS
Victor N. Churashev
Institute for Economics and Industrial Engineering, Siberian Branch of RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 17 Аkademik Lavrentiev Prospect, Ph. D., senior researcher, tel. (383)330-28-26, e-mail: tch@ieie.nsc.ru
Vitalya M. Markova
Institute for Economics and Industrial Engineering, Siberian Branch of RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 17 Аkademik Lavrentiev Prospect, Ph. D., senior researcher, tel. (383)330-28-26, e-mail: markova_vm@mail.ru
The current and perspective problems of electro and heatgeneration in Russia, Siberia and Novosibirsk region are considered. It is shown that synchronization of questions electro and heat supplies through development of the distributed generation (including a cogeneration) shall become the main task of generation development. Change of the isolated schemes of «big» and municipal level power industry development with a new cogeneration paradigm allows to improve significantly efficiency as productions and energy consumptions.
Key words: cogeneration, heat supply, energy efficiency.
В Сибири, как и в России в целом, энергоснабжение подавляющего большинства городов традиционно осуществляется преимущественно через электро- и теплосети от электростанций и котельных большой мощности, сжигающих углеводородное топливо. Подобный тренд в энергетике технологиче-
ски
и исторически сложился в связи с проявлением, так называемой экономии на масштабах, которая присуща только крупным станциям с оборудованием большой установленной мощности
Экономические кризисы 2009 и 2014 гг. показали, что ориентация исключительно на «большую» энергетику себя не оправдала. Созданные крупные генерирующие и сетевые мощности в основном оказались не востребованными, а их содержание привело к росту цены на электрическую энергию и мощность. Показательным является и то, что из заявленных к реализации в Генеральной схеме или Энергетической стратегии крупных энергетических объектов в действительности к 2010-2015 г. введено в строй мощностью менее 25 ГВт [1]. Это значительно меньше по сравнению с планируемыми в Генсхеме до 2015 г. почти 130 ГВт новых вводов и приростом мощности в ЕЭС России на 87 ГВт.
Современное состояние и проблемы энергетики в РФ создают предпосылки для более масштабного развития малой распределенной энергетики (МРЭ), которая включает в себя как ввод установок малой мощности, так и развития умных (smart) сетей. Среди ключевых характеристик энергетической отрасли, определяющих особенности развития МРЭ следует отметить:
• Сверхцентрализованность электроэнергетики. Доля малой генерации составляет ~ 2,5% от общего объема производства электроэнергии
• Преобладание монопроизводства (производство электроэнергии на крупных электростанциях, производство тепла на котельных в малых и средних городах и поселках), малое использование технологий когенерации
• Снижение эффективности производства в сфере «большой» энергетики и рост тарифов на электро- и теплоэнергию
• Доминирование проблем производства энергии над оптимизацией потребления
В отличие от западных smart сетей в России необходимо учитывать не только электро-, но и централизованное теплоснабжение от ТЭЦ и от более сотни тысяч муниципальных котельных. Несомненным является тот факт, что прежняя ориентация на разработку только схем и программ развития электроэнергетики без взаимоувязки с прогнозированием теплоснабжения на муниципальном уровне, является ошибочной. Если бы муниципальная энергетика в законодательном порядке имела свой соответствующий статус, который бы позволял ей определять инвестиционный процесс на основе региональных программ, то по оценке экспертов не нужно было бы ОГК и ТГК строить столько генерирующих мощностей [2].
Очевидным в последнее время становится тот факт, что теплоэнергетика имеет наибольшие резервы и перспективы развития (она по энергетическому эквиваленту в полтора раза больше, чем сфера электроснабжения, и в три-четыре раза больше по суммарной «платежке» потребителей - населения и предприятий).
Существенный рост доли котельных в выработке теплоэнергии за последние 15 лет привел к тому, что в результате доля полезно используемого сбросного тепла ТЭС уменьшилась, что ведет к неэффективному режиму работы станций. По оценкам Минэнерго РФ и ряда специалистов [з, 4] отпуск тепло-энергии от ТЭС за 20 лет (с 1992 по 2012 г.) сократился в 1,5 раза за счет: снижения промышленной тепловой нагрузки ТЭС и замещения тепловой нагрузки ТЭС котельными. Возрождение промышленности после 2000 г. не вернуло ТЭЦ эту часть рынка (занятую автономными котельными и индивидуальными котлоагрегатами, количество которых выросло на 9%, при этом более быстрыми темпами росло число мелких котельных - на 20%). Кроме того, как отмечает Минэнерго РФ доля электроэнергии, выработанной ТЭС общего пользования в теплофикационном режиме, снизилась с 34% в конце 1980-х г. до 28% в 2012 г., при этом доля полезно используемого сбросного тепла ТЭС уменьшилась с 59% до 48%.
Очевидно, что для крупномасштабного развития когенерации в России важной предпосылкой является наличие большого количество котельных. Их суммарная мощность составляет 590 тыс. Гкал/ч (или от общей тепловой мощности - 66%) [з], из них около 75% это газовые котельные, в первую очередь пригодные для преобразования в мини-ТЭЦ. В Новосибирской области эта доля котельных, пригодных для преобразования - порядка 30%. При этом неоднократно отмечается, что тепловые источники имеют существенный избыток мощности. Теоретический потенциал роста производства электроэнергии при замещении когенерационным производством выработки тепловой энергии на котельных страны составляет до 500 млрд. кВт*ч/год. Обоснованным является замещение когенерацией выработки на котельных с получением дополнительного производства электроэнергии в объеме до 250 млрд. кВт*ч/год, что обеспечило бы до 60% прироста электропотребления в стране [4, 6].
В настоящее время доля распределенной генерации в энергобалансе оценивается в 1,4 %, мощность - около 3 ГВт, очень малые уровни. Вместе с тем в последних прогнозных документах появились задания по развитию МРЭ, в Энергостратегии - задан индикатор развития - 15 % в производстве электроэнергии на тепловых электростанциях к 2030 г., в Генсхеме - предусматривается ввод мощностей распределенной генерации в базовом (3,1 ГВт) и максимальном вариантах (5,9 ГВт)*. В новых версиях этих документов предполагается увеличить суммарную мощность распределенной генерации до 50 ГВт. При этом в целом в энергетике запланировано увеличение доли когенерацион-
* Энергетическая стратегия России на период до 2030 года. /М., 2009 г. URL: URL: www.minenergo.gov.ru/activity/ energostrategy/.../Energostrategiya-2030.doc
Проект Энергетической стратегии России на период до 2035 года / М., 2016 г., URL : http://www.energystrategy.ru/ab_ins/source/ES-2035_09_2015.pdf
Генеральная схема размещения объектов электроэнергетики до 2030 года - М., 2010, URL: http://www.e-apbe.ru/scheme
«Сценарные условия развития электроэнергетики на период до 2030 года»/ М., 2012 г., URL: http://www.e-apbe.ru/5years/sc_2012_2030/SC_2012-2030-new.php.html
ного способа производства тепла с 30 до 70% и электроэнергии с 30 до 40%. Можно предполагать, что задаваемые министерством энергетики РФ тенденции будут актуальны и для регионов Сибири.
Эффективность преобразования котельных в мини-ТЭЦ во многом определяется оптимальным выбором типа электрогенерирующего оборудования. В настоящее время на рынке представлено большое количество агрегатов разных типов, пригодных для преобразования в мини-ТЭЦ котельных любой мощности: микротурбины, газопоршневые агрегаты (ГПА), газотурбинные (ГТУ) и небольшие парогазовые установки (ПГУ). Эти установки существенно различаются по КПД и диапазонам мощности, соответственно будут иметь разное соотношение электрической и тепловой мощности и разное значение коэффициентов использования топлива (КИТ).
Для Новосибирской области перспективным направлением развития энергетики представляется строительство локальных мини теплоэлектроцентралей и реконструкция существующих котельных - перевод их на комбинированную выработку электрической и тепловой энергии [7].
В секторе анализа взаимосвязей энергетических производств ИЭОПП СО РАН для исследования производственных связей в энергетике на мезо-уровне (и в том числе для оценки прогнозных уровней потребления и производства энергоресурсов) используется комплекс энергетических моделей [ 8]. На основе этого инструментария нами проводились прогнозные расчеты по оценке сравнительной эффективности внедрения ряда энерготехнологий и традиционных энергоустановок для региональной системы (Новосибирской области). Вариант с ориентацией на развитие традиционной энергетики предполагал строительство новой ТЭЦ-6 к 2030 г., однако его эффективность по показателям КИТ и приведенным затратам ниже чем в вариантах внедрения новых технологий.
По оценке новых энерготехнологий были получены следующие результаты:
- среди типов мини-ТЭЦ в перспективе до 2030 г. целесообразен ввод ГПА на газе, мини-ТЭЦ на древесных отходах. Их доля в выработке теплоэнергии может составить 11-12% , в электроэнергии - 25-26%;
- доля тепловых насосов в выработке теплоэнергии может составить около
5%;
- эффективен ввод новых котельных на водоугольном топливе. Их доля в выработке тепла может достичь 5,5%;
- экономически нецелесообразен выбор технологического способа утилизации твердых отходов «Комплексная районная тепловая станция (КРТС)», что можно объяснить более низкими коэффициентами выхода энергии. В дальнейших расчетах мы предполагаем более точно учесть последствия реализации прочих продуктов (лома черных и цветных металлов и пр.) и изменения экологической нагрузки, что повысит конкурентоспособность КРТС.
На рис. 1 показана структура выработка электро и теплоэнергии в случае реализации варианта с освоением новых технологий. Видно, что к 2030 г. доля
мини-ТЭЦ в выработке электроэнергии может составить до 26%, а в теплоэнер-гии до 12,6%.
■ Потребность в электроэнергии, млрд. кВтч
■ доля Мини-ТЭЦ
Рис. 1. Структура выработки электро- и теплоэнергии с учетом внедрения новых технологий
Для оценки границ устойчивости полученного решения были проведены серийные расчеты с учетом колебаний ряда технико-экономических показателей технологий, таких как приведенные затраты или технологические коэффициенты выхода продукции (тепло- и электроэнергии). Это позволило получить дополнительную информацию для направлений желаемой корректировки исходных показателей технологий, по выработке мер поддержки их внедрения. В качестве примера приведем динамику изменения показателей для группы технологий мини-ТЭЦ (рис. 2-3). Эти технологии обладают более высокими показателями эффективности, чем прочие инновационные технологии, и они более чувствительны к изменениям выбранных показателей, что делает потенциал их внедрения выше.
Рис. 2. Изменение КИТ в зависимости от изменения приведенных затрат (а)
и технологических коэффициентов (б)
Рис. 3. Изменение доли выработки теплоэнергии от приведенных затрат (а)
и технологических коэффициентов (б)
Как видно из данных рис. 2 и 3, наиболее существенное влияние оказывает изменение технологических коэффициентов, и только при значительном изменении приведенных затрат происходит улучшение показателей эффективности.
Результаты расчетов показывают, что распределенная генерация более гибко реагирует на спрос и на появление новых технологий. Коммерчески привлекательной является быстрая окупаемость небольших энергетических установок (2-2,5 года). Подобные технологии, очевидно, не смогут стать донором региональной экономики, но можно говорить, что частично они способны быть триггером для смены технологической базы энергетики и как следствие развития и смежных отраслей экономики. Это позволяет говорить о возможном новом уровне энергетики в регионе.
Пока МРЭ чаще используется для энергообеспечения промышленных территорий, но все острее ставится вопрос о необходимости учитывать при оценке ее эффективности экологические соображения, процессы субурбанизации, а также уровень энергообеспеченности смежных территорий.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Энергетический бюллетень. Инерция электроэнергетики / Аналитический центр при правительстве РФ, май 2015, 24 с.
2. Ливинский А. П. О некоторых аспектах технической политики в электро- и теплоэнергетике России. Журнал «Новости теплоснабжения» № 09 (121) 2010 г., http://www.ntsn.ru/)
3. Теплоэнергетика и централизованное теплоснабжение России в 2012-2013 годах //Минэнерго РФ, М., 2014, 35 с.
4. Некрасов А.С., Синяк Ю.В., Воронина С.А. Перспективы развития теплоснабжения России //Энергия: экономика, техника, экология. - 2014. - № 2. - С. 2-11.
5. Кожуховский И.С., Новоселова О.А. Роль и перспективы деятельности ТП «Малая распределенная энергетика» в развитии распределенной энергетики. // Материалы круглого стола ТП «Малая распределенная энергетика», М., 23 октября 2013 г. URL: http://www.reenfor.org/upload/files/f91e3e2f4c1a8d41af6dd5bc6f632429.pdf
6. Дильман М.Д., Филиппов С.П., Ионов М.С. Проблемы и перспективы использования когенерационных установок при реконструкции систем теплоснабжения// VII Меленть-евские чтения «Прогнозирование развития мировой и российской энергетики: подходы, проблемы, решения», М.,17-19 апреля 2013 г, URL: https://www.eriras.ru/files/dilman-probljemy_i_pjerspjekt_kogjen_ustanovok.pdf
7. Чурашев В. Н. Каким быть энергообеспечению Новосибирской области? // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2016. XII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Экономическое развитие Сибири и Дальнего Востока. Экономика природопользования, землеустройство, лесоустройство, управление недвижимостью» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 18-22 апреля 2016 г.). - Новосибирск : СГУГиТ, 2016. Т. 3. - C. 60-65.
8. Системное моделирование и анализ мезо- и микроэкономических объектов / отв. ред. ВВ. Кулешов, НИ. Суслов ; РАН, Сиб. отд-ние, ИЭОПП СО РАН. - Новосибирск, 2014. -488 с. URL: http://lib.ieie.nsc.ru/docs/2014/SistemModelir/.
© В. Н. Чурашев, В. М. Маркова, 2017
