CC BY
4УДК 620.9
Попов Дмитрий Константинович
индивидуальный исследователь, магистр, Россия, г. Петропавловск-Камчатский
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ УДАЛЕННОГО РЕГИОНА РОССИИ НА ПРИМЕРЕ КАМЧАТСКОГО КРАЯ
Аннотация: Статья анализирует способы организации энергоснабжения удаленных регионов России, рассматривая Камчатский край как пример. Особое внимание уделено использованию возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в регионе, включая геотермальную, солнечную и ветровую энергетику. Приводятся примеры успешных проектов, таких как Паужетская и Мутновская геотермальные электростанции. Обсуждаются преимущества и проблемы внедрения ВИЭ, включая экономическую эффективность и влияние на экологическую обстановку. Оцениваются перспективы дальнейшего развития альтернативной энергетики в регионе.
Ключевые слова: Энергоснабжение, возобновляемые источники энергии, Камчатский край, геотермальная энергетика, альтернативная энергетика, энергоэффективность.
Popov Dmitrii
individual researcher, master's degree, Russian Federation, Petropavlovsk-Kamchatsky
ENERGY SUPPLY FOR A REMOTE REGION OF RUSSIA: A CASE STUDY
OF KAMCHATKA KRAI
Abstract: The article analyzes the methods of organizing energy supply for remote regions of Russia, focusing on Kamchatka Krai as a case study. Special attention is given to the use of renewable energy sources (RES) in the region, including geothermal, solar, and wind energy. Examples of successful projects such as the Pauzhetka and Mutnovsky geothermal power plants are provided. The advantages and challenges of implementing RES, including economic efficiency and environmental impact, are discussed. The prospects for further development of alternative energy in the region are evaluated.
Keywords: Energy supply, renewable energy sources, Kamchatka Krai, geothermal energy, alternative energy, energy efficiency.
ВВЕДЕНИЕ
Дальневосточный федеральный округ имеет высокую долю нетрадиционной энергетики относительно макрорегионов страны, она
составляет 0,93%, что отражает благоприятные природные условия для альтернативной энергетики и частичное отсутствие территории, обеспеченных централизованным энергоснабжением. Камчатский край является старейшим российским регионом по реализации проектов в области геотермальной энергетики.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
С 1966 года действует первая в России Паужетская геотермальная электростанция, а с 2003 года введена в эксплуатацию самая мощная в стране Мутновсая геотермальная электростанция. Опыт строительства Мутновской ГеоЭС показал, что для успешной реализации крупных проектов в области геотермальной энергетики необходимо благоприятное сочетание множества факторов: наличия положительного заключения о перспективности использования геотермальной месторождения со стороны научного института; признания проекта приоритетным региональными органами власти; наличия квалифицированного персонала; достаточных финансовых и административных ресурсов крупной энергетической компании; длительное взаимодействие с производителями генерирующего оборудования; доступ к низкопроцентным иностранным кредитным ресурсам.
ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ КАМЧАТСКОГО КРАЯ
В настоящее время геотермальные электростанции, использующие энергию вулканов Камчатского полуострова, покрывают более 20% потребностей изолированного от единой энергетической системы России региона и совместно с ГЭС снижают зависимость территории от сокращающихся поставок природного газа. Ключевой проблемой Мутновской ГеоЭС является непостоянство ее мощности в следствие перебоев в работе единственной высоковольтной линии и автотрансформатора подстанции, соединяющего ГеоЭС с краевой энергосистемой. Помимо геотермальной энергетики для Камчатского края существует перспектива развития других возобновляемых источников энергии [1].
Солнечная энергетика в крае обладает не таким высоким потенциалом, как геотермальная или приливная, но показатели инсоляции в регионе не являются критически низкими, что ограничивало бы ее развитие, с развитием технологий сбора и аккумулирования энергии, потенциал региона также может возрасти. Солнечная энергетика в регионе не может составить конкуренцию ископаемым источникам энергии, но установка фотоэлектрических панелей на крыши жилых и промышленных зданий, установка солнечных коллекторов, поспособствовали бы снижению расхода электроэнергии. Несмотря на относительно невысокий потенциал, на ее территории был получен значительный современный опыт использования солнечной энергетики [2]. На Димчиканском кордоне в Быстринском природном парке за счет местной региональной программы были установлены две солнечные батареи по 150 Вт, которые успешно работали в летний период 2009 года, полностью замещая бензогенераторы. Ранее расход бензина для генераторов составлял 30 литров в день, а зимой - 50 литров. На этом же кордоне была установлена ветроэнергетическая установка мощностью 600 Вт. Подобный опыт демонстрирует применение солнечной установки для энергоснабжения небольших районов и населенных пунктов, что очень актуально именно для Камчатского края, так как его население распределено крайне неравномерно (рисунок 1).
20* 30* 405 50* 60* ТО* ВО' 90* 100* «0* 120* 130* »40* ISO' 1в0° 170' 1®о'
Рисунок 1 . Среднегодовое дневное поступление прямой солнечной радиации на следящие за Солнцем поверхности, кВт-ч/(м2 день).
По сравнению с солнечной энергетикой, для ветряной перспективы развития гораздо больше [3]. Суммарная протяженность береговой линии, где скорость ветра позволяет установить ветряки составляет 4000 км, в регионе уже функционируют 2 ветряные электростанции, в п. Усть-Камчатск и с. Никольское. Организовать получение энергии для других населенных пунктов, расположенных в прибрежных зонах возможно с помощью ветряной энергетики (рисунок 2). Также, по прогнозам экспертов, в будущем энергия, вырабатываемая ветряками, будет одной из самых дешевых, что делает ее развитие в регионе еще более перспективным и выгодным. Ветроэнергетика имеет неоспоримые достоинства: установки не требуют топлива, не выбрасывает вредные вещества в окружающую среду, потенциально могут быть полностью автоматизированы, а работа электростанций не зависит от времени суток. Эти достоинства определяют ветроэнергетику как одну из наиболее перспективных в направлении альтернативной энергетики [3].
Рисунок 2. Среднегодовые скорости ветра на высоте 50 м, м/с.
Еще одним немаловажным видом источника энергии заинтересовались еще во времена СССР, приливные электростанции. Это направление альтернативной энергетики в регионе не может быть не востребованным за счет Курильского течения, проходящего вдоль побережья Камчатского края и обеспечивая высокий потенциал развития энергетики. Тем не менее, развитие приливной энергетики возможно не только на побережье Берингова моря. На побережье Охотского моря была спроектирована приливная электростанция, Пенжинская, проект которой был заморожен в основном в связи с нехваткой ISSN 3034-2627 61 https://coldscience.ru
инвестиционных средств. Возобновление этого проекта, заложенного еще в СССР, произошло в середине 2021 года, за реализацию проекта строительства Пенжинской ГЭС взялась компания «Н2 Чистая энергетика». Реализация строительства и ввод в эксплуатацию смогла бы не только улучшить экологическую обстановку региона, сократив выбросы углекислого газа, обеспечить экспорт части производимой энергии, но и привлечь квалифицированных специалистов из регионов страны или из-за рубежа, которые в реализации проекта могли бы перенять многолетний опыт использования ПЭС на примере Франции [4].
СПОСОБЫ ОРГАНИЗАЦИИ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ В КАМЧАТСКОМ КРАЕ Расположение Камчатского края крайне выгодно для проектирования и установки электростанции на базе возобновляемых источников энергии по нескольким причинам. Первой из них является территориальная близость к Китаю, на сегодняшний день лидеру по производству ветроэнергетики и активно развивающему другие направления альтернативной энергетики. Помимо заимствования опыта страны в развитии энергетики, для региона актуально взаимовыгодное сотрудничество, которое позволит привлечь дополнительные инвестиции и квалифицированных специалистов для строительства электростанции, а также обеспечения ее функционирования [5]. Подобный опыт сотрудничества с КНР уже был осуществлен в 2009-2018 годах, но тогда Россия определила для себя приоритеты не в пользу возобновляемых источников энергии, а ископаемых и исчерпаемых, в то время как проекты в Китае носили в основном инновационный характер. Второй причиной выступает расчетная себестоимость электроэнергии, вырабатываемой солнечно-ветровой энергоустановкой для региона. Для Камчатского края, где возможна установка подобных энергоустановок стоимость будет составлять от 10 до 30 центов за кВт/ч, то есть от 7 до 23 рублей за кВт/ч (рисунок 3).
Рисунок 3. Расчетная себестоимость электроэнергии, вырабатываемой
солнечно-ветровой энергоустановкой, центы/кВтч Солнечно-ветровые энергоустановки в регионе могут быть конкурентоспособными благодаря относительно невысокой стоимости электроэнергии, а в комплексе с государственными мерами по поддержке альтернативной энергетике смогут привнести свой вклад в долю топливно -энергетического баланса страны [6]. Третьей причиной является отдаленность региона от централизованной системы энергоснабжения, что позволяет наиболее эффективно использовать гибридные энергоустановки. Их применение обеспечивает повышение надежности, экономической и экологической эффективности в сравнении с традиционными системами электроснабжения, реализуемыми на основе дизель-генераторных установок. Принимая во внимание особенности региона и наиболее перспективные направления альтернативной энергетики на его территории, сложно исключать преимущество развития солнечно-ветровых энергоустановок.
С точки зрения базовой архитектуры возможны два подхода к построению гибридных энергоустановок: с сопряжением генерирующих источников на постоянном и переменном токе, каждая из систем имеет свои достоинства и недостатки, и, соответственно, преимущественную область применения. Решающее значение для достижения высоких уровней надежности и энергетической эффективности гибридных систем имеет система контроля и управления [7].
ХОЛОДНАЯ НАУКА №4/2024
Существует два основных варианта структурной организации систем управления: централизованная и децентрализованная (распределенная). Важным достоинством установки с распределенным управлениям является высокая надежность, так как одноточечные неисправности не являются критичными. При этом ощутимо повышается универсальность системы, что позволяет относительно легко вносить изменения в ее конфигурацию и проводить замены неисправного оборудования [7].
Проведенный специалистами анализ известных систем управления установок показал, что для энергетических систем с высоким уровнем замещения преимущественно применяются гибридные системы с архитектурой на постоянном токе, распределенной системой управления и аккумуляторным системами хранения энергии. Достоинствами данного технического решения являются: достаточно высокая надежность энергетической системы, высокое быстродействие, хороший уровень унификации. В то же время данное решение имеет ряд недостатков, наиболее существенными из которых являются: необходимость применения преобразователей с согласованными техническими характеристиками, высокая сложность и стоимость преобразовательной техники, неэффективное использование потенциала первичной возобновляемой энергии. Последний недостаток особенно критичен для энергетических систем с суровыми климатическими условиями. Обусловлен данный недостаток тем, что при стандартной схеме построения гибридной установки управление балансом мощности в системе осуществляется за счет ограничения выходной электрической мощности установок возобновляемых источников энергии и в системах с высоким уровнем замещения топлива безвозвратные потери энергии будут весьма существенными. Имеющийся опыт эксплуатации гибридных установок в районах с суровыми климатическими условиями свидетельствует о том, что большая часть генерируемой энергии расходуется на систему жизнеобеспечения электростанции. Организация энергоснабжения посредством альтернативной энергетики в Камчатском крае актуальна для региона, так как получение энергии осуществляется путем сжигания мазута, что крайне вредит
окружающей среде, а использование газа на ТЭЦ не покрывает потребностей края, к тому же ввозимое на танкерах топливо стоит для региона огромных затрат. Электроэнергия при этих условиях для населения весьма дорогостояща и в подобных обстоятельствах стоимость энергии, полученной на альтернативной электростанции, может быть не только конкурентоспособной, но и более выгодной [8].
ВЫВОДЫ
Проблема надежного и качественного энергоснабжения малых удаленных и малонаселенных пунктов остается острой в социальном, техническом и экономическом аспектах и требует срочного решения. Решить ее можно, например, с помощью ветряков, этот способ получения электроэнергии отвечает всем потребностям подобных регионов и не наносит вреда окружающей среде. Обеспечивая энергией населенные пункты, будут экономиться средства, затрачиваемые на транспортировку топлива и энергетических ресурсов, которые ранее приходилось доставлять. Дальневосточный федеральный округ имеет высокую долю нетрадиционной энергетики относительно макрорегионов страны, она составляет 0,93%, что отражает благоприятные природные условия для альтернативной энергетики и частичное отсутствие территории, обеспеченных централизованным энергоснабжением. Камчатский край является старейшим российским регионом по реализации проектов в области геотермальной энергетики. Организация энергоснабжения посредством альтернативной энергетики в Камчатском крае актуальна для региона, так как получение энергии осуществляется путем сжигания мазута, что крайне вредит окружающей среде, а использование газа на ТЭЦ не покрывает потребностей края, к тому же ввозимое на танкерах топливо стоит для региона огромных затрат. Электроэнергия при этих условиях для населения весьма дорогостояща и в подобных обстоятельствах стоимость энергии, полученной на альтернативной электростанции, может быть не только конкурентоспособной, но и более выгодной.
Можно сделать вывод, что для организации энергоснабжения Камчатского края существует возможность использования нескольких видов возобновляемых источников энергии: мощных солнечных, ветряных и геотермальных электростанций для обеспечения энергией и теплом городов и промышленных предприятий; гибридных электростанций для обеспечения малых населенных пунктов. В таком случае улучшится экологическая обстановка в регионе, будут сэкономлены ресурсы региона на транспортировку привозного топлива, организация нетрадиционного энергоснабжения также может стать началом развития инфраструктуры в крае, а также поспособствовать оттоку населения, которое практически непрерывно сокращается уже 30 лет.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бахтизина, Н. В. Альтернативная энергетика - тренд развития крупнейших нефтегазовых компаний мира // Проблемный анализ и государственно-управленческое проектирование. 2012. № 2. С. 6-16.
2. Дёмина О. В. Энергетика Дальнего Востока России в перспективе до 2050 г.: технологический аспект // Пространственная экономика. 2012. №2. С. 67-88.
3. Рац Г. И., Мординова М. А. Развитие альтернативных источников энергии в решении глобальный энергетических проблем // Проблемы мировой экономики. 2012. С. 132-136.
4. Шеина С. Г., Пирожникова А. П. Тенденция развития альтернативной энергетики в странах мира и России // Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона». 2016. №3.
5. Абдуллина Л.Р. Проблемы промышленной эксплуатации ветрогенераторов и пути их решения // Технические науки: проблемы и решения: сб. ст. по материалам LV Международной научно-практической конференции «Технические науки: проблемы и решения». - № 12(50). - М., Изд. «Интернаука», 2021.
6. Лопатина М. Н., Санеев Б. Г. Энергетическая составляющая Программы сотрудничества между регионами Дальнего Востока и Восточной Сибири Российской Федерации и северо-востока Китайской Народной Республики (2009-2018 гг.) // Проблемный анализ и государственно-управленческое проектирование. 2014. №4. С. 65-74.
7. Абдуллина Л.Р. Законодательная база и перспективы развития ВИЭ в РФ // 1п Инновационные подходы в современной науке. - 2021. - С. 65-71.
8. Вальвашов А. Н., Терешина М. В. Стимулы и ограничения в развитии альтернативной энергетики на локальном уровне: зарубежный и российский опыт // Лесотехнический журнал. 2017. №3. С. 274-289.
