Обеспечение электроэнергией труднодоступных, малонаселенных и удаленных регионов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЕЙ ТРУДНОДОСТУПНЫХ, МАЛОНАСЕЛЕННЫХ И УДАЛЕННЫХ РЕГИОНОВ

О. А. СУРЖИКОВА, магистр менеджмента, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории управления и консалтинга E-mail: Olga_surzhikova@mail.ru Томский политехнический университет, Чешский технический университет, г. Прага

Проанализированы проблемы электрообеспечения удаленных, малонаселенных и труднодоступных регионов. Рассмотрены первоочередные мероприятия, позволяющие реализовать направления развития и улучшения надежности электроснабжения таких регионов, в том числе и за счет применения возобновляемых природных энергетических ресурсов.

Ключевые слова: изолированные регионы, локальные энергоисточники, проблемы электрообеспечения, возобновляемые источники энергии, мероприятия, программы.

Особенностью России, в первую очередь характерной для регионов Сибири и Дальнего Востока, является весьма низкая плотность населения на громадных, слабо освоенных в производственном отношении территориях, изолированных от централизованного электроснабжения и имеющих слабые транспортные связи с промышленно развитыми районами.

Проблема надежного и качественного электроснабжения такого рода регионов остается острой в социальном, техническом и экономическом аспектах. Электрообеспечение таких потребителей может быть осуществлено либо за счет централизованного электроснабжения, либо путем создания децентрализованных зон.

Возможность присоединения электроприемника к энергосистеме ограничена его удаленностью в связи с потерями напряжения в питающей линии.

В соответствии с требованиями ГОСТ на параметры электроэнергии установлены ограни-

чения на отклонения напряжения относительно номинального значения в пределах ±5%. Следовательно, максимальная протяженность ЛЭП (/ ) при стандартных значениях напряжения распределительных сетей 6 и 10 кВ может быть определена в километрах по формуле

yFU AU

1 _ J_ном_

max т-) '

ном

где у — удельное сопротивление материала провода, Ом-м/мм2; F— сечение провода, мм2; U — номинальное напряжение, U = 6 —

ном Г ' ном

10кВ;

AU—5 %-ная потеря напряжения, кВ;

Р — номинальная мощность электроном r

приемника, кВт. Обычно сельские распределительные сети выполняют из алюминиевого провода, имеющего удельное сопротивление у = 32,2 Ом-м/мм2. Сечение провода определяется, с одной стороны, электрическими нагрузками ЛЭП, с другой — условиями механической прочности, достаточной для противостояния ветровым нагрузкам, обледенению и др. Для нагрузок небольшой мощности определяющим фактором при выборе сечения провода является механическая прочность ЛЭП. Обычно минимальное стандартное сечение провода для мощностей до 160 кВт выбирается F= 16 мм2.

Значения максимальной длины ЛЭП в зависимости от мощности объекта электроснабжения для напряжения распределительной сети 6 и 10 кВ

Таблица 1

Максимальная длина ЛЭП в зависимости от мощности объекта и напряжения сети

Напряжение Мощность объекта Р, кВт

сети / , кВ тах' 25 40 63 100 160 250

6 37 23 14 9 6 -

10 103 64 41 26 16 10

при величине потерь напряжения 5 % приведены в табл. 1.

Таким образом, электрификация от централизованных электрических сетей объектов мощностью менее 250 кВт ограничивается расстоянием не более чем 10 км.

Использование более высокого напряжения распределительной сети позволяет при тех же условиях несколько увеличить дальность централизованного электроснабжения, однако строительство более высоковольтных и более дорогих ЛЭП (например 35 кВ) при малых передаваемых мощностях нецелесообразно из-за низкого коэффициента загрузки по мощности.

Соответственно, оценивать экономические характеристики высоковольтной ЛЭП, работающей в режиме, близком к холостому ходу, абсурдно.

Помимо этого чисто технического ограничения, встает вопрос по дороговизне как самого строительства линий электропередач, так и их содержания и обслуживания.

Все это вместе взятое делает очевидным мало-вероятность электроснабжения мелких удаленных потребителей с помощью присоединения их к централизованным электрическим сетям.

По второму варианту электрообеспечения малонаселенных и удаленных поселений (через создание децентрализованных зон) наиболее распространенным источником электроэнергии являются стационарные и передвижные дизельные электростанции (ДЭС), которых по России насчитывается более 5 тыс. и которые вырабатывают порядка 1,8 млрдкВт-ч электроэнергии при потреблении около 0,8 млн т условного топлива ежегодно.

Основными проблемами электроснабжения удаленных и малонаселенных поселений от ДЭС являются:

• плохое техническое состояние ДЭС;

• большие расстояния подвоза топлива и зависимость от его поставок;

• ограниченность сроков сезонного завоза (до некоторых удаленных пунктов топливо транспортируется год и более, с промежуточным хранением на перевалочных базах) в наиболее труднодоступных районах;

• слабое развитие транспортной инфраструктуры;

• зависимость от бюджетного финансирования.

Слабое развитие транспортной инфраструктуры в значительной мере осложняет проблему топливоснабжения. Большие расстояния перевозок, многозвенность и сезонность завоза топлива приводят к высоким потерям и многократному его удорожанию. У наиболее удаленных потребителей транспортная составляющая стоимости привозного топлива достигает 70—80 % [6].

Источники малой мощности, используемые для автономного электроснабжения, как правило, имеют низкие технико-экономические показатели. В дополнение к этому рост цен на топливо, увеличение транспортных тарифов (что особенно сказывается в удаленных районах) приводят к высокой себестоимости производства электроэнергии — в несколько раз выше, чем в среднем по системам централизованного электроснабжения. Недопоставки топлива влекут за собой длительные перерывы энергоснабжения.

Мощность ДЭС, обеспечивающей изолированного потребителя, определяется «пиковой» потребляемой мощностью, которая определяется графиком нагрузки объекта электроснабжения. Как правило, автономные потребители характеризуются крайней неравномерностью потребления электроэнергии, что приводит к существенному недоиспользованию установленной мощности ДЭС. В результате, коэффициент полезного действия таких станций резко снижается, а удельный расход топлива на выработку 1 кВтч электроэнергии увеличивается относительно их паспортных данных. Энергетическая и экономическая эффективность ДЭС в таких режимах работы значительно снижается. Даже при условии режима «холостого хода» (при нулевой потребляемой мощности) расход топлива уменьшается всего на15...20 %от режима «пиковой нагрузки», а степень изнашиваемости агрегата не изменяется.

Большинство источников автономного электроснабжения является убыточным, так как себестоимость производства электроэнергии значительно выше тарифа, устанавливаемого для населения, а отсутствие в подавляющем большинстве мелких изолированных населенных пунктах промышленных объектов не позволяет компенсировать оплату за счет промышленных тарифов. Убыток, получаемый за счет продажи электроэнергии по цене ниже ее себестоимости, покрывается бюджетными дотациями, направляемыми для поддержания допустимого уровня тарифов на электроэнергию в

удаленных и малонаселенных пунктах. Недостаток бюджетного финансирования влечет за собой недопоставки топлива, ставя тем самым эту категорию потребителей в крайне тяжелые условия в плане энергоснабжения.

Проблемы электроснабжения удаленных и малонаселенных потребителей, обострившиеся из-за сложившейся в стране финансовой ситуации, требуют со стороны органов управления повышенного внимания. Однако проектные организации разрабатывают схемы развития только районных энергосистем и энергоузлов, в то время как для многочисленных мелких изолированных потребителей вопросы энергообеспечения рассматриваются на уровне либо ресурсопользо-вателей (промышленных предприятий, осуществляющих экономическую деятельность на данной территории и обеспечивающих содержание всей сопутствующей производственной и социальной инфраструктуры), либо региональных и муниципальных властей.

Удорожание органического топлива, рост транспортных тарифов на его доставку, неэффективность режимов работы существующих ДЭС вызывают необходимость пересмотреть политику энергоснабжения этой категории потребителей, опираясь на имеющийся опыт использования современных технологий производства энергии, ориентируясь на снижение потребления привозного топлива.

Одним из таких эффективных вариантов решения этой социально и экономически важной проблемы может быть использование энергоисточников на базе возобновляемых источников энергии (ВИЭ), к числу которых относятся ветер, малые реки, биомасса, солнце, геотермальная энергия [2].

Общие ресурсы ВИЭ в мире и России колоссальны (табл. 2)[4,7,8].

Одним из непременных условий успешного развития объектов возобновляемой энергетики является наличие государственной законодательной поддержки организаций и частных лиц, занимаю-

Ресурсы возобновляемых исп

щихся внедрением и эксплуатацией энергоисточников на ВИЭ. Наблюдаемое в последние годы в Европе активное использование ВИЭ в значительной мере обусловлено принятием региональных и общеевропейских законодательных актов, законов и директив по развитию возобновляемой энергетики. Были разработаны и опробованы различные механизмы стимулирования использования ВИЭ. Наиболее действенными из них признаны введение специальных тарифов на энергию, произведенную с использованием ВИЭ, и принятие обязательств по производству и/или продаже энергии от ВИЭ (облигации, «зеленые» сертификаты и т.д.).

Так, кпримеру, в США еще в 1978 г. Конгрессом был принят национальный Закон об энергетике, который предусматривает применение системы налоговых льгот и кредитов для компаний и частных лиц, использующих ВИЭ [5].

В Германии и на Украине осуществляется снижение на 20—30 % стоимости для покупателя энергетической установки на ВИЭ и устанавливается на 10 лет повышенный в два раза тариф на продаваемую в сеть электроэнергию. Льготный тариф снижается на 5 % каждый год [4]. Комплекс подобных мер позволяет делать смелый прогноз бурного развития энергетики на базе использования ВИЭ в мире в ближайшие годы.

К 2010 г. ожидаются ежегодные вводы ветроэнергетических установок мощностью около 17,8 ГВт, а их установленная мощность в мире должна более чем удвоиться (до 134,8 ГВт). К этому времени ожидается рост установленной мощности фотоэлектронных преобразователей до 9 ГВт. Мировой рынок фотоэлектрических установок должен составить 1,7 ГВт/год по сравнению с 0,3 ГВт/год в 2000 г. Площадь солнечных коллекторов может возрасти до 300 млн м2, их тепловая мощность — до 55 ГВт. Установленные мощности геоэлектростанций в мире должны увеличиться до 32 ГВт, малых гидроэлектростанций — до 175 МВт, электростанций на биомассе — до 90 ГВт.

В последнее время в России на федеральном и региональных уровнях также были предприняты

Таблица 2

шков энергии в мире и России

Теоретические ресурсы, Технические ресурсы,

Вид энергии млн т условного топлива млн т условного топлива

Мир Россия Мир Россия

Энергия солнца 1,3 • 108 2,3 • 106 5,3 • 104 2,3 • 103

Энергия ветра 2,0 - 105 2,6 • 104 2,2 • 104 2,0 • 103

Геотермальная энергия (до глубины 10 км) 4,8 • 109 - 1,7 • 105 1,0 - 102

Энергия биомассы 9,9 • 104 104 9,5 • 103 53

Гидроэнергия 5,0 • 103 3,6 • ю2 1,7 • 103 1,2 • 102

попытки разработки программ обеспечения электроэнергией удаленных, малонаселенных и труднодоступных поселений, в том числе и на использовании возобновляемых энергоресурсов. Однако все они носили скорее декларативный характер и не способствовали сколь-нибудь заметному прогрессу в данном вопросе [3].

Поэтому и прогноз по использованию ВИЭ в России является намного скромнее. Ожидается, что рост выработки электроэнергии на базе ВИЭ увеличится с0,5 %в 2000 г. до2 %в 2020 г. (от общей выработки электроэнергии) и составит 14— 27 ТВт-ч/год:

• от ветровых электроустановок — 1—3 ТВт-ч/год;

• фотоэлектростанций — до 0,1 ТВт-ч/год; от геоэлектростанций — 2—4 ТВт-ч/год;

• малых гидроэлектростанций — 6—9 ТВт-ч/год;

• электростанций на биомассе — 5—11 ТВт-ч/год. Помимо отсутствия каких-либо механизмов

стимулирования использования ВИЭ широкомасштабному их использованию в России в настоящее время препятствует ряд институциональных и экономических барьеров, в том числе:

• отсутствие нормативной и правовой баз развития возобновляемых источников энергии в России (федеральные и региональные законы о ВИЭ, правиладоступаксетям централизованного электроснабжения, правила получения лицензий ит. п.);

• лоббирование традиционной топливной и ядерной энергетики; при сравнении традиционных и нетрадиционных источников энергии не учитываются экологическая и социальная составляющие стоимости энергии;

• отсутствие инвестиционной политики для развития перспективных технологий возобновляемой энергетики;

• неразвитостьрынкаВИЭвРоссии;

• недостаточное финансирование пилотных и демонстрационных проектов возобновляемой энергетики;

• нехватка инженерных и научных кадров, комплексно владеющих проблемой использования возобновляемой энергии и способных решать как технические, так и экологические и экономические проблемы;

• недостаточное финансирование НИОКР и производственной базы возобновляемой энергетики России.

Первоочередными мероприятиями, позволяющими реализовать направления развития и улучшить надежность электроснабжения удаленных

и малонаселенных потребителей, должны стать: техническое оснащение, законодательная, организационная и финансовая поддержка.

Техническое оснащение предусматривает:

• производство современного оборудования на российских предприятиях для замены и реконструкции эксплуатируемых в настоящее время малых электроисточников;

• организацию на отечественных заводах серийного производства электроустановок, использующих возобновляемые энергоресурсы, что должно значительно снизить их стоимость и транспортные затраты на их доставку к месту установки.

Законодательная и организационная поддержка включает:

• разработку свода законодательных и нормативных актов о государственной политике в сфере использования ВИЭ, устанавливающего формы правовой и экономической поддержки государством этого направления;

• разработку, организацию, реализацию и контроль за выполнением региональных программ, направленных на обеспечение топливом и энергией изолированных регионов;

• стандартизацию оборудования для установок на ВИЭ (установление понятий, общих технических требований и методов его испытаний);

• пропаганду и поддержку региональными органами управления использования ВИЭ, поиск поставщиков и оказание помощи потребителям в приобретении требуемых типов энергоустановок;

• сооружение демонстрационных объектов и испытательных полигонов ВИЭ. Финансовая поддержка заключается:

• в поддержке инициатив по вложению средств в малую энергетику крупных предприятий и частного капитала, размещающих свои рекреационные базы вблизи изолированных потребителей.

• выделении целевых субсидий и дотаций на строительство ВИЭ;

• проведении политики государственных льготных кредитов на сооружение ВИЭ;

• использовании системы инвестиционных скидок всем участникам цикла с использованием ВИЭ — от разработки оборудования до его эксплуатации.

Российская программа развития использования ВИЭ должна предусматривать также оказание методологической, информационной и институ-

циональнои начальной поддержки осуществления

комплекса мер, направленных на развитие ВИЭ

Российской Федерации.

Для достижения данной цели необходимо решить следующие основные задачи:

• создать специальную Комиссию или Рабочую группу по изучению и анализу опыта европейских стран в области применения различных механизмов стимулирования возобновляемой энергетики. Результаты такого анализа могут служить основой для разработки Федерального закона РФоВИЭ;

• ускорить разработку и внести предложение Федеральному Собранию по принятию Федерального закона РФ о ВИЭ, в котором будут предусмотрены механизмы правовой и финансовой поддержки возобновляемой энергетики, условия приоритетного и справедливого доступа к сетям централизованного электроснабжения для возобновляемых источников энергии;

• использовать механизмы энергодиалога Россия—ЕС для обмена опытом и технологиями возобновляемой энергетики между Россией и ЕС. Установить приоритеты для проектов совместного выполнения в области использования ВИЭ, как демонстрационных, так и коммерческих;

• выбрать и поддержать выполнение в рамках российской программы развития ВИЭ демонстрационные проекты по основным видам ВИЭ (ветер, солнце, геотермальная энергия и биомасса) с целью отработки механизмов международного взаимодействия и сотрудничества;

• поддержать разработку и внедрение рыночных и государственных механизмов стимулирования ВИЭ;

• поддержать создание региональных инвестиционных фондов для развития возобновляемой энергетики;

• предусмотреть в Энергетической стратегии России на ближайшую перспективу более значительное использование ВИЭ (с настоящих 0,5до 10% к2010г.);

• поддержать создание системы образовательных центров и центров по повышению квалификации по возобновляемой энергетике, а также поддержать вузы, в которых уже есть программы подготовки специалистов возобновляемой энергетики, распространить их опыт на другие профильные вузы России с

целью подготовки кадров для возобновляемой энергетики;

• включить в планы работы министерств разработку стандартов, терминологической базы, метрологии, сертификации и лицензирования для установок ВИЭ, а также усилить поддержку НИОКР по возобновляемой энергетике;

• обратиться к деловому бизнес-сообществу с рекомендациями принять участие в выполнении проектов возобновляемой энергетики;

• обеспечить устранение барьеров в сборе, анализе и распространении информации о ВИЭ;

• преодолеть институциональные барьеры по привлечению дополнительных внебюджетных ресурсов для реализации федеральных целевых, отраслевых и региональных программ;

• сформировать инвестиционнопроводящую систему и инвестиционные (в том числе и региональные) фонды подготовки, реализации и сопровождения проектов в области ВИЭ. Решение поставленных задач предполагается

осуществить в два этапа:

1) подготовительный этап, в ходе которого будет разработан полномасштабный проект и сформированы основы для его реализации;

2) реализация в течение 2010—2015 гг. полномасштабного проекта.

В результате подготовительного этапа проекта должны быть получены и разработаны:

• действующий механизм координации работ по развитию использования ВИЭ в России;

• анализ российского и зарубежного законодательства по ВИЭ с разработкой проектов нормативно-правовых и нормативно-методических документов, направленных на совершенствование государственной политики в области освоения ВИЭ;

• концепция и описание основных элементов инновационного механизма государственной поддержки инвестиционных проектов использования ВИЭ;

• перечень приоритетных для софинансирова-ния демонстрационных проектов в различных регионах России;

• документация по заявке на полномасштабный проект.

Дальнейшее развитие возобновляемой энергетики в России требует не только реализации указанных мер, но и интеграции усилий организаций и специалистов, работающих в этой области. Успех развития во многом определяется тесным взаимодействием с европейскими организациями, которые

имеют богатый положительный опыт разработки и

практического применения технологий ВИЭ.

Список литературы

1. Безруких П. П., Стребков Д. С. Возобновляемая энергетика // Междунар. науч. -практ. конф. «Малая энергетика 2002». М., 2002. С. 73-77.

2. Васильев Ю. С., Хрисанов Н.И. Экология использования возобновляющихся энергоисточников. Л.: Изд. ЛГУ, 1991. 343 с.

3. Концепция развития и использования возможностей малой и нетрадиционной энергетики в энергетическом балансе России. М.: Мин-во топливаи энергетики РФ, 1994. 121 с.

4. Мировая энергетика и переход к устойчивому развитию // Л. С. Беляев, О. В. Марченко,

С. П. Филиппов и др. Новосибирск: Наука, 2000. 269 с.

5. Муругое В. П. Зарубежные национальные программы использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии // Энергетическое строительство. 1993. № 12. С. 24-29

6. МякиА. Э. Истинные причины проблем отопления в северных регионах // Топливно-энергетический комплекс. 2003. № 2. С. 95.

7. Новая энергетическая политика России / под общ. ред. Ю.К. Шафраника. М.: Энергоато-миздат, 1995. 512 с.

8. Сайт некоммерческой организации «Центр солнечной энергии ИНТЕРСОЛАР». URL: http://www.intersolar.ru/events/congress/ national report. shtml.