CC BY
122
ным электрическим током и лазерным облучением (ВТО + I + лазер) относительно способа ВТО + I. Это повышение хромосомных мутаций составило 42.. .65 %, что в среднем около 53,5 %.
Повышение выхода хромосомных мутаций в первые 40 мин обработки ведет к увеличению роста проростков и развитию корневой системы, т. е. повышение выхода хромосомных мутаций приводит к стимуляции развития растений, что может наследоваться в следующих поколениях.
Список литературы
1. Крокер, В. Физиология семян / В. Крокер, Л. Бартон. — М.: Иностранная литература, 1955. — 399 с.
2. Пат. № 2268570 РФ, МКИ7 В 07 С 7/10, А20 С 15/05. Способ стимуляции семян сельскохозяйственных культур и устройство для его осуществления / Л.В. Навроцкая — № 2003129739 от 10 июля 2003 г.; опубл. 10 марта 2005 г. в БИПМ № 7. — 1 с.
3. Володин, В.Г. Лазеры и наследственность растений / В.Г. Володин, З.И. Лисовская. — М.: Наука и техника, 1984. — 1975 с.
УДК 631.3;621.31+(631.115:636.5)
Ю.А. Дьяченко, аспирант
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина»
оценка целесообразности электроснабжения птицефабрики «мирная» от автономного источника питания
Продолжающийся экономический рост в стране обусловливает необходимость реформ в сфере энергетики, так как недостаток мощности является на сегодняшний день сдерживающим фактором ее развития. Причем рост экономики должен сопровождаться опережающим развитием ее энергетического сектора. Для удвоения ВВП за 10 лет необходимо в 1,5 раза увеличить генерирующие мощности [12]. Данного показателя сложно достигнуть при сложившейся экономической ситуации в стране. За последние 15 лет ввод новых мощностей сократился в 10 раз, износ оборудования достиг угрожающих размеров, 50 % генерирующих мощностей и 60 % теплосетей выработали свой ресурс и нуждаются в замене [6]. Более 90 % турбинного оборудования было введено в эксплуатацию до 1991 г., в том числе более 30 % эксплуатируются уже более 35 лет. Из всех видов природных ресурсов газ является преобладающим видом топлива. Его потребление в относительных величинах в нашей стране в 2 раза больше, чем в других промышленно развитых странах. При этом стоимость газа в России сопоставима со стоимостью угля, в мире же газ стоит в 2-3 раза дороже. Также проблемам развития энергетики и энергетической безопасности был посвящен форум российских ученых и специалистов на Научной сессии Общего собрания РАН [13], где предлагались перспективные подходы к обеспечению общества энергией.
Согласно доклада председателя Научного совета РАН по надежности и безопасности больших систем энергетики [5] главным гарантом надежного и безопасного обеспечения энергией потребителей нашей страны по-прежнему остается Единая энергетическая система России. Для надежной ра-
боты энергосистемы резерв мощности должен быть не менее 30 %. Малая энергетика не может решить проблему обеспечения надежности электроснабжения потребителей на том же уровне, что и Единая энергетическая система. Достичь увеличения генерирующих мощностей можно не только повышением объемов централизованного производства электроэнергии в ЕЭС, но и производством электроэнергии непосредственно у потребителя, т. е. децентрализованным способом. На данном этапе развития электроэнергетики считать один из способов более приоритетным не совсем правильно. В западных странах децентрализованное производство электроэнергии дополняет централизованное, вследствие чего повышается надежность электроснабжения потребителей. В целом ситуация в российской электроэнергетике характеризуется острым недостатком инвестиций в генерацию, а также в конечные участки распределительной сети. В этих условиях в ближайшее время можно рассчитывать только на незначительные объемы инвестиций и строительство небольших электростанций. В то же время, в 2007-20 гг. ежегодная потребность в инвестициях составит около $20 млрд, в том числе: в сети — $7.7,5 млрд, в гидроэнергетику — $4,5.5 млрд, в тепловую энергетику — не менее $5,5.6 млрд, в автономную генерацию — $2.2,5 млрд [7].
Основой распределенного производства является принцип когенерации, т. е. одновременная выработка электрической и тепловой энергии одним первичным источником. Очевидно, что сельскохозяйственные предприятия заинтересованы в отсутствии или, по крайней мере, в минимуме ущербов, возникающих при авариях в электрических систе-
39
мах. Как показывает практика, вероятность возникновения крупной системной аварии в изношенных сетях с годами увеличивается, а стоимость электроэнергии, закупаемой у поставщиков, неоправданно завышена и превышает темпы роста цен на сельскохозяйственную продукцию. Эксплуатация устаревших основных фондов объясняется отсутствием замены или модернизации в требуемом объеме. Аварийные ситуации в электроэнергетике случаются не только в России. Похожие прецеденты происходили и в западных странах. Так, либерализация европейских рынков электроэнергии привела к уменьшению объемов инвестиций в обеспечение надежности электроснабжения Австрии, которая в августе 2003 г. находилась на грани системной аварии. Ситуация была нормализована только благодаря умелым действиям диспетчеров. Чтобы не допустить повторения таких случаев и повысить надежность, необходимо расширение австрийских электрических сетей или в качестве резервного электроснабжения подключение к сетям соседних стран [14].
Для уменьшения зависимости от централизованного электроснабжения целесообразно производить электроэнергию в требуемом объеме непосредственно на территории предприятия. Однако из-за высокой стоимости агрегатов многие отечественные сельскохозяйственные предприятия не могут приобретать установки необходимой мощности. Вопросы повышения надежности электроснабжения и экономической целесообразности обеспечения потребителей электроэнергией от местного источника питания рассмотрены в работах [1, 10].
В данной статье выполнена оценка целесообразности электроснабжения птицефабрики «Мирная» от местного автономного источника питания (МАИП) при обеспечении надежности электроснабжения и экономичности применения. В случае использования МАИП птицефабрика застрахована от системных аварий. Ожидается, что стоимость произведенной электроэнергии будет меньше тарифа на электроэнергию, покупаемую у централизованных сетей. Мощность источника электроэнергии децентрализованной системы электроснабжения принимают равной установленной мощности нагрузки объекта. График электрических нагрузок строится на основе графика работы технологического оборудования при питании от МАИП в период максимальных нагрузок. В первую очередь в график включают наиболее ответственные технологические процессы, работа которых должна быть обеспечена в полном объеме, а затем остальные процессы, которые могут быть смещены во времени. Если расчетная нагрузка превышает ближайшую номинальную мощность МАИП, то требуется снизить максимум расчетной нагрузки за счет смещения времени включения в работу отдельных электроприемников с целью выравнивания графика нагрузок. С другой
40
стороны, перевод полной установленной мощности сельскохозяйственного предприятия на местное электроснабжение потребует больших капитальных вложений, что сделает проект трудноосуществимым из-за отсутствия достаточного финансирования. Поэтому при помощи МАИП целесообразно обеспечить наиболее ответственные жизнеобеспечивающие технологические процессы: вентиляцию, частично освещение и частично водоснабжение. Отсутствие питания этих процессов в силу случившейся системной аварии 25 мая 2005 г. в Московской и смежных — Калужской, Рязанской, Смоленской и Тульской энергосистемах вызвало массовую гибель птицы и привело к большим ущербам.
Предлагается вариант, при котором автономный источник используется в качестве основного питания вышеуказанных электроприемников. Централизованные сети электроснабжения служат источником питания для остальных потребителей птицефабрики, а при повреждении МАИП или его капитальном ремонте, они обеспечивают электроэнергией все электроприемники, т. е. в этом случае являются резервным источником питания.
В каждом птичнике на обеспечение работы вентиляции предусмотрено 40 двигателей, из расчета, что на один приточный вентилятор мощностью 2,2 кВт приходится три вытяжных мощностью 0,33 кВт каждый. Таким образом, для резервирования этих токоприемников требуется мощность 31,9 кВт. Схемой освещения птичника предусмотрено шесть линий по 15 светильников мощностью 0,55 кВт каждый. Для удовлетворения потребности птицы в освещении достаточно осуществить резервирование двух линий. В итоге необходимая резервируемая мощность освещения при возникновении аварии в системе электроснабжения составляет 16,5 кВт.
На падеж птицы при возникшей 25 мая 2005 г. аварии в энергосистеме повлияло также отсутствие водоснабжения и, как следствие, поения птицы. Отключившаяся вентиляция прервала циркуляцию воздуха в производственных помещениях, нарушив тем самым привычный образ жизни птицы. Температура их тела начала повышаться, что вызвало увеличение потребности в воде. Отдельное резервирование процесса поения, также как и вентиляции, не было предусмотрено и питающие насосы не смогли удовлетворить создавшуюся необходимость в воде.
По проекту водоснабжения на территории птицефабрики «Мирная» предусмотрено четыре скважины, из которых накачивают воду в резервуар для ее хранения. Далее насосами второго подъема вода подается потребителям. В нормальном режиме работы резервуар всегда полон и при исчезновении сетевого электроснабжения достаточно запитать один из двигателей второго подъема мощностью 15 кВт. Объема резервуара, наполненного за время безаварийной работы электрических сетей, будет достаточно для удовле-
творения потребности птицы в воде. Оповещающим сигналом обслуживающий персонал предупреждается о возникшей аварии и потребление воды на любые нужды, кроме поения птицы, прекращается.
Из изложенного видно, что требуемая резервируемая мощность процессов вентиляции и освещения одного птичника равна 48,4 кВт. С учетом 20 работающих на данный момент производственных помещений суммарная мощность автономного резервного источника питания должна быть 983 кВт (принимая в расчет подачу воды). Возобновление работы птицефабрики «Мирная» в полном объеме и резервирование 43 птичников потребует мощность МАИП равную 2096,2 кВт.
В расчете на 20 действующих птичников предполагается наличие двух источников питания мощностью по 500 кВт исходя из суммарной мощности жизнеобеспечивающих электроприемников 983 кВт. При повышении производственных мощностей и задействовании в технологическом процессе птичников, на данный момент не используемых, потребуются дополнительные мощности местных источников, которые подключаются в уже существующую схему электроснабжения. Итого при максимальном производстве и включении в работу 43 птичников потребуется четыре источника питания мощностью по 500 кВт каждый. В среднем на 10 птичников требуется один МАИП, который работает в постоянном режиме, т. е. 8760 ч в год.
В качестве МАИП можно использовать дизель-генераторную (ДГУ), газопоршневую (ГПУ), газотурбинную (ГТУ) и двухтопливную (ДТУ) установки. В результате опроса экспертов и изучения специализированных источников можно сделать вывод о возможности выбора того или иного источника исходя из определенных особенностей. Прежде всего перечисленные установки различаются по виду использования топлива. Принцип действия ДТУ основан на использовании при работе как газа, так и дизельного топлива. Двухтопливная система — это комплект оборудования для подачи натурального газа в цилиндры дизельного двигателя при различных режимах работы. Одно из основных преимуществ двухтопливной системы — переключение топливных режимов без остановки двигателя, причем такие его характеристики как КПД, устойчивость работы, прием нагрузки сохраняются на том же уровне, что и в дизельном режиме. Наиболее эффективно применение ДТУ в качестве источника электроэнергии для питания буровых установок с электроприводом — бурение первых скважин идет на дизельном топливе, а дальнейшее их освоение — на попутном газе [8].
При децентрализованном способе выработки электроэнергии важно использовать такие источники энергии, которые позволяют свести к минимуму завоз топлива. Поскольку на территории птицефабрики «Мирная» проложена газовая магистраль, целесообразно использовать газовые источники, что-
бы избежать дополнительных затрат на доставку и хранение дизельного топлива.
Далее необходимо определить источник, работающий на газе. Принципиальные преимущества и недостатки освещены в статье [3], в рекламных проспектах производителей и на сайтах Шете! Информация о стоимости установок чаще всего не публикуется, а опубликованные сведения зачастую не соответствуют действительности. Изготовители или поставщики оборудования ссылаются на возможную разницу в комплектации, условия доставки и другие причины. Поэтому при указании цены на источник приходится принимать усредненное значение стоимости исходя из доступных информационных источников. Каждый тип двигателя имеет свои преимущества и недостатки и при выборе необходимы количественные критерии их оценки.
В настоящее время на российском рынке предлагается широкий выбор как поршневых, так и турбинных двигателей. Среди поршневых превалируют импортные двигатели, а среди газотурбинных — отечественные. В работе [3] проведен сравнительный анализ преимуществ и недостатков поршневых и газотурбинных двигателей, который позволяет сделать выбор в пользу ГПУ. Преимущества газовых установок: менее прихотлива в использовании; возможен ремонт на месте, что экономит время; меньше затрат на установку и стоимость капитального ремонта; существенно выше моторесурс, не требуется специальных дожимных компрессоров для повышения давления топливного газа; выше электрический КПД двигателей мощностью до 16 МВт; у поршневых двигателей при работе в режиме коге-нерации утилизируется теплота охлаждающего масла, сжатого воздуха и выпускных газов, у газотурбинных — только теплота выпускных газов.
Подводя итог перечисленным технологическим особенностям можно сделать вывод, что из источников, работающих на газе, предпочтительно использовать газопоршневой двигатель и дальше выбирать между ГПУ и ДГУ. При выборе подходящего вида МАИП для электроснабжения наиболее ответственных электроприемников целесообразно определить экономическую эффективность применения источника, сравнивая затраты на электроэнергию, получаемую от централизованных электрических сетей и местного источника электроэнергии, а также капитальные вложения в агрегат.
Стоимость ГПУ превышает стоимость ДГУ приблизительно в 2,5 раза, но затраты на топливо для работы ГПУ во много раз ниже. В дальнейших расчетах технические характеристики также принимают в усредненном значении в зависимости от типа установки. Средний ресурс работы до первого капитального ремонта составляет 40 000 ч. Общее число капитальных ремонтов равно 5. Таким образом, полный ресурс автономного источника пита-
ния предполагает работу в течении 200 000 ч или приблизительно 25 лет.
С учетом изложенного себестоимость 1 кВтч электроэнергии от ДГУ
с
ДГУ
« 1-1 (р + Иобс + Итопл )
Тс
X РТ
1=1
где а — коэффициент дисконтирования; Икр — издержки на капитальный ремонт, р./год; Иобс — издержки на обслуживание, р./год; Итопл—издержки на топливо, р./год;
— общий ресурс работы МАИП, лет; Р — мощность
!=1
МАИП, кВт; Т — продолжительность работы, ч/год. Коэффициент дисконтирования 1
а, =
1 (1 + Е)1’
где Е — норма дисконта, равная приемлемой для инвестора норме дохода на капитал: для энергетики Е ~ 0,1; ґ — номер шага расчета (ґ = 0, 1, 2, ..., Т); Т — горизонт расчета, лет.
Издержки на капитальный ремонт
Икр = ,
кр 100
где К — капитальные вложения в элемент электрической сети, тыс. р.; Ркр — норма отчислений на капитальный ремонт элемента электрической сети, % [ 2].
С учетом исходных данных
И = 2500 •29 = 72,5 тыс. р.
100
Издержки на обслуживание определяют исходя из численности работников и фонда заработной платы. С учетом региональной неодинаковости оплаты труда технического персонала принимают среднюю заработную плату технических специалистов в регионе в размере 15 тыс. р. в месяц одного сотрудника или 180 тыс. р. в год.
Издержки на дизельное топливо определяют из выражения
Итопл = ,
где 2 — расход топлива, л/ч; у — цена дизельного топлива, р./т; ? — продолжительность работы резервного источника, ч/год.
По данным официального сайта Министерства сельского хозяйства Российской Федерации [9] к концу декабря 2007 г. средневзвешенная цена приобретения дизельного топлива сельхозтоваропроизводителями составила 19 500.20 100 р. за 1 т.
Время работы РАИП принимается равным 8760 ч в год. Расход топлива ДГУ в резервном режиме работы принимается равным 100 л/ч. Тогда издержки на топливо
Итопл = 100 • 20 • 8760 = 17 520 тыс. р.
Себестоимость 1 кВтч электроэнергии от ДГУ
9,86 (72,5 +180 +17 520) _
СДГУ =------ ------------------- = 1,6 р./(кВтч).
ДГУ 25•500•8760
Себестоимость электроэнергии с применением ГПУ определяли аналогично. Только расход топлива и стоимость его для работы ГПУ отличается от ДГУ. Средний уровень цен на газ для промышленных потребителей составляет 1690 р. за 1 тыс. м3 [11].
Издержки на топливо
Итопл = 140 1,7 • 8760 = 2085 тыс. р.
Издержки на капитальный ремонт
И = 6500 •29 = 188,5 тыс. р.
100
с
Себестоимость 1 кВтч электроэнергии от ГПУ = 9,86 (188,5 +180 + 2085)
ГПУ
25•500•8760
- = 0,22 р./(кВтч).
Стоимость 1 кВтч электроэнергии с применением ДГУ
1-1
с =______________
°Т ДГУ- Т
X РТ
г=1 Т
где -КДру — капитальные вложения, тыс. р.; ^ И — суммарные издержки за срок службы. ;=1
с
Т ДГУ
2500 + 9,86 • 17 520 25•500•8760
= 1,6 р./(кВт ч).
Стоимость 1 кВтч электроэнергии с применением ГПУ
с
Т ГПУ
6500 + 9,86 • 2085 25•500•8760
= 0,25 //(кВт-ч).
Из расчетов видно, что применение ГПУ в качестве МАИП экономически более выгодно. Кроме того, при работе установки выделяется теплота, которую можно применить для различных производственных нужд, т. е. установка может работать в режиме когенерации. Значение КПД при раздельном производстве электроэнергии и теплоты составляет около 58 %, а при комбинированном (когене-рации) — до 90 % [8]. За счет выработки электроэнергии непосредственно у потребителя снижаются транспортные потери, достигающие в энергосис-
теме 20 % [7]. Систему утилизации отводимой теплоты применяют в качестве технологического оборудования для нагрева воды в системе горячего водоснабжения или в системе отопления объекта. Утилизационная система ГПУ представляет собой последовательно включенные по воде водноводяной теплообменник (ВВТ), утилизирующий теплоту из системы охлаждения, и водно-газовый теплообменник (ВГТ), утилизирующий теплоту выпускных газов двигателя [4]. Система утилизации отходящих газов сохраняет работоспособность и при уменьшении электрической нагрузки на ГПУ, но при этом соответственно снижается и тепловая мощность системы утилизации отводимой теплоты. В среднем количество тепловой мощности, вырабатываемое когенерационной установкой, не меньше номинальной электрической мощности.
В качестве примера рассмотрим рентабельность газопоршневого когенератора ГДГ 500/1000, выпускаемого ОАО «Волжский дизель имени Маминых»
Проработав 1 ч при нагрузке 100 %о, когенера-тор ГДГ 500/1000 израсходует 150 м3 природного газа и при этом выработает одновременно 500 кВт электрической и 520 кВт тепловой энергии.
При сгорании 1 м3 газа когенератор выработает 3,33 кВт электрической и 3,47 кВт тепловой энергии. Птицефабрика «Мирная» не присоединена к центральной системе отопления и горячего водоснабжения, так как на ее территории действует своя котельная, потребляющая электроэнергию и газ для обеспечения производственных нужд. Птицефабрика не платит за снабжение горячей водой, поэтому в дальнейших расчетах цена на теплоту не учитывается.
Затраты на электроэнергию и газ из центральных сетей составляет соответственно 5,33 и 1,1 р., т. е. когенератор ГДГ 500/1000, израсходовав газа на 1,1 р., выработает такое количество электроэнергии, за которое пришлось бы заплатить 5,33 р. Из обозначенных наиболее ответственных электроприемников постоянной предполагается только работа вентиляции. Работа двух линий освещения и питания одного насоса водоснабжения не предполагается в постоянном режиме, но работу когенератора целесообразно рассчитать со 100 %о-й нагрузкой 8760 ч в год для выработки электроэнергии сверх требуемого количества и продажи ее на ФОРЭМ. При потреблении 1 314 000 м3 выработка электроэнергии составит 4 380 000 кВт. Затраты на газ равны 1 445 400 р., на электроэнергию — 7 008 000 р.
Таким образом, экономия от применения коге-нераторов будет равна разности затрат на электроэнергию и газ.
Экономия от работы газопоршневого когенера-тора составила: в час — 635 р., за день — 15 240 р., за год — 5 562 600 р.
В полученном результате не учтено снижение производимой теплоты котельной, а также затраты
на газ и электроэнергию при работе ГПУ в режиме когенерации, которые в свою очередь уменьшаются. Когенерация позволит предприятию сократить затраты на электроэнергию и использовать утилизируемую теплоту для сушки и охлаждения сельскохозяйственной продукции, для подогрева воды и обогрева производственных помещений из расчета 80.100 Вт тепловой мощности на 1 м2 площади.
Предприятия, в том числе и сельскохозяйственные, могут не только производить, но и продавать электроэнергию. Реализация варианта местного источника позволяет в случае перегрузки местной электрической сети продавать электроэнергию в систему, что способствует повышению прибыли предприятия. На фоне неуклонного роста электропотребления в Московской области актуальность обеспечения птицефабрики «Мирная» МАИП очевидна и экономически целесообразна.
Список литературы
1. Антонов, Ю.М. Системы децентрализованного энергообеспечения сельскохозяйственных потребителей / Ю.М. Антонов // ТЭК: Топливо-энергетический комплекс. — 2004. — № 3. — С. 94-95.
2. Будзко, И.А. Электроснабжение сельского хозяйства / И.А. Будзко, В.Ю. Гессен. — М.: Колос, 1979. — 480 с.
3. Вершинский, В.П. Какой привод выбирать? / В.П. Вершинский // Турбины и дизели. — 2006. — № 1. — С. 8-12.
4. Волжский дизель имени Маминых [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.vdm-plant.ru, свободный. — Загл. с экрана.
5. Дьяков, А.Ф. Состояние и перспективы развития малой и возобновляемой энергетики России / А.Ф. Дьяков // Вести в электроэнергетике. — 2006. — № 1. — С. 14-20.
6. Иванов, В.В. Энергетическая безопасность и перспективы развития энергетики / В.В. Иванов, А.В. Путилов // Вести в электроэнергетике. — 2006. — № 1. — С. 9-12.
7. Кузьмина, А.Г. К вопросу о государственном регулировании «малой» энергетики / А.Г. Кузьмина // Турбины и дизели. — 2006. — № 4. — С. 2.
8. Малая энергетика, когенерация и газовые электростанции [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www. cogeneration.ru, свободный. — Загл. с экрана.
9. Министерство сельского хозяйства Российской Федерации [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www. mcx.ru/index.html?he_id=797&doc_id=11041, свободный. — Загл. с экрана.
10. Михайлов, А. Автономное или централизованное электроснабжение? / А. Михайлов, Г. Сухарь // Новости электротехники. — 2006. — № 4. — С. 55-58.
11. ОАО «Газпром» [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.gazpromquestions.ru/index.php?id=35, свободный. — Загл. с экрана.
12. Президент России. Официальный сайт [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.kremlin.ru/text/ appears/2006/11/114702.shtml, свободный. — Загл. с экрана.
13. Энергетика России: проблемы и перспективы / Труды Научной сессии Российской академии наук. Общее собрание РАН 19-21 декабря 2005 г. / Под ред. В.Е. Фортова, Ю.Г. Леонова // РАН. — М.: Наука, 2006. — 499 с.
12. Zernatto, С. Stromausfall — Nein Danke! (Forum ver Sorgungssicherheit) / С. Zernatto // VEO J. — 2006. — № 4. — P. 19.
