CC BY
240
ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
УДК 629.9 (470.21)
В.А.Минин ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГЕТИКИ В ЗОНАХ ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ МУРМАНСКОЙ ОБЛАСТИ
Аннотация
Рассмотрено состояние энергоснабжения децентрализованных потребителей Мурманской области. Отмечены высокие значения топливной составляющей в себестоимости энергии, вырабатываемой на местных дизельных электростанциях и котельных. Оценен потенциал возобновляемых источников энергии, показаны перспективы использования энергии ветра и гидроэнергии малых рек. Приведены результаты технико-экономической оценки возможного участия ВЭУ и малых ГЭС в энергообеспечении удаленных потребителей.
Ключевые слова:
возобновляемые источники энергии, автономные потребители энергии.
V.A.Minin PROSPECTS FOR DEVELOPMENT OF RENEWABLE ENERGY ZONES OF THE MURMANSK DECENTRALIZED ENERGY SUPPLY
Abstract
The state of decentralized energy consumers of the Murmansk region is touched upon. High values of the fuel component in the cost of energy generated at the local diesel power stations and boilers are noted. The potential of renewable energy, the prospects for wind energy and hydropower of small rivers are evaluated. The results of the technical and economic assessment of the possible involvement of wind turbines and small hydropower plants in the energy supply of remote users are given.
Keywords:
renewable energy sources, autonomous energy consumers.
Энергетика Мурманской области в значительной мере базируется на привозном топливе. Внутри области в особую категорию можно выделить удаленные децентрализованные потребители, расположенные в приграничных, прибрежных и глубинных районах Кольского полуострова, куда доставка топлива сопряжена с большими трудностями. Из-за удорожания топлива в ходе использования распределительного морского, автомобильного, бездорожного транспорта, а порой и авиации себестоимость электрической и тепловой энергии, вырабатываемой на местных дизельных электростанциях и котельных, оказывается в несколько раз выше, чем у потребителей, охваченных централизованным энергоснабжением. Именно применительно к децентрализованным потребителям заслуживает наибольшего внимания изучение вопроса об использовании местных источников энергии, в том числе нетрадиционных возобновляемых. Активное использование последних может стать одним из главных направлений энергосбережения и повышения экономической эффективности децентрализованных систем энергоснабжения потребителей.
Состояние энергоснабжения удаленных потребителей Мурманской области
Характеристика дорожно-транспортной сети. В Мурманской области получили развитие железнодорожный, автомобильный, водный морской, а также воздушный виды транспорта (рис.1). Сеть железных дорог представлена в первую очередь магистралью С.-Петербург-Мурманск с ответвлениями на Алакуртти, Ковдор, Кировск и Никель. Сетью автомобильных дорог в основном охвачены только крупные города и поселки области. В крайних восточных и западных районах автомобильный транспорт не получил пока должного развития по причине значительной удаленности (на 150-300 км) и рассредоточенности мелких населенных пунктов.
Рис.1. Дорожно-транспортная сеть Мурманской области и расположение удаленных потребителей энергии:
метеостанции: 1 - Вайда-Губа, 2 - Цып-Наволок, 3 - о.Харламов, 4 - Колмъявр, 5 - Святой Нос, 6 - Терско-Орловский, 7 - о.Сосновец, 8 - Пялица, 9 - Чаваньга, 10 - Ниванкюль; маяки: 11 - Вайдагубский, 12 - Цып-Наволок, 13 - Сеть-Наволок, 14 - Тювагубский, 15 - Кильдинский Северный, 16 - Териберский, 17 -Русский, 18 - Харловский, 19 - Святоносский, 20 - Городецкий, 21 - Терско-Орловский, 22 - Сосновецкий, 23 - Никодимский; пограничные заставы: 24 - Пумманки, 25 - Цып-Наволок, 26 - Кильдин, 27 - Гаврилово, 28 - Восточная Лица, 29 - Дроздовка, 30 - Поной; рыболовецкие и оленеводческие хозяйства: 31 - Сосновка, 32 - Чапома, 33 - Чаваньга, 34 - Краснощелье
Значительный вес в объеме грузоперевозок занимает морской транспорт. Мурманск является крупным незамерзающим портом, работающим круглый год. Отсюда берут начало маршруты местных грузоперевозок в прибрежные населенные пункты Кольского полуострова. Вторым морским портом области является Кандалакша, через который проходит большой объем грузов, перевозимых по Белому морю.
Воздушный транспорт области замыкается, в основном, на аэропорты Мурманск и Кировск. Местные воздушные линии связывают центральные районы (а/п Ловозеро, Умба) с удаленными населенными пунктами, в которых авиация в зимнее время является практически единственным видом транспортной связи.
Краткая характеристика типовых удаленных потребителей. В зависимости от местоположения, направления хозяйственной деятельности и объемов энергопотребления в Мурманской области можно выделить следующих характерных децентрализованных потребителей (рис. 1.).
1. Метеорологические станции и маяки. Электрическая энергия у этих потребителей расходуется на питание специальных приборов, освещение помещений и территории, привод бытовой техники. Значительную долю (до 60-80%) в энергопотреблении занимает отопление производственных и жилых помещений. В настоящее время для электроснабжения указанных потребителей используются бензиновые и дизельные агрегаты мощностью 8-20 кВт, а для теплоснабжения - котлы мощностью до 20 тыс. ккал/ч или простые огневые печи. Суммарная электрическая и тепловая нагрузка каждого потребителя этого класса составляет 20-50 кВт.
2. Прибрежные пограничные заставы. Электроснабжение этих объектов осуществляется от небольших дизельных электростанций установленной мощностью до 60 кВт (2-3 дизель-генератора по 15-20 кВт). Для отопления служебных и жилых помещений используются котельные установки мощностью около 0.1-0.2 Гкал/ч на угле или жидком топливе. Широкое применение находят обычные огневые печи, работающие на дровах и угле. Суммарная электрическая и тепловая нагрузка каждого потребителя этого класса составляет 100-150 кВт.
3. Прибрежные объекты Северного флота. Они обеспечивают жизнедеятельность разных служб флота и различаются по назначению и объемам потребляемой энергии. Среди них имеются объекты, оснащенные дизельными электростанциями мощностью около 100-150 кВт, укомплектованными 2-3 дизель-генераторами мощностью 30-50 кВт. Отопительная нагрузка таких объектов достигает 0.3-0.5 Гкал/ч и обеспечивается котельными установками, работающими на угле или жидком топливе.
4. Рыболовецкие колхозы, крупные оленеводческие хозяйства, отдельные поселки. В их числе рыболовецкие колхозы «Беломорский рыбак» (с.Чаваньга) и «Чапома» (с.Чапома) в Терском районе, а также совхоз «Тундра» (с.Краснощелье) и населенный пункт Сосновка в Ловозерском районе. Эти потребители обеспечиваются электроэнергией от местных дизельных электростанций мощностью от 200 до 500 кВт. Для теплоснабжения в перспективе могут использоваться котельные установки на органическом топливе мощностью до 2-3 Гкал/ч.
Затраты на доставку топлива потребителям. Способы доставки топлива малым изолированным потребителям Мурманской области весьма разнообразны. Они зависят от специализации потребителей, удаленности от ближайших пунктов топливоснабжения, состояния дорожно-транспортной сети. Доставка топлива в прибрежные районы Белого и Баренцева морей осуществляется водным морским транспортом. Перевозки осуществляются
в период летней навигации. Нефтеналивные суда, следуя вдоль побережья, производят поочередную отгрузку топлива всем населенным пунктам. Дальнейшая доставка топлива от побережья в глубинные пункты производится с использованием автомобильного или гусеничного транспорта, санно-тракторных поездов, иногда - воздушного транспорта.
Сбор, обобщение и анализ информации о затратах на перевозку топлива различными видами транспорта позволили установить, что из-за повышенных расходов на местные перевозки цены на топливо существенно возрастают. При перевозках автомобилями - в 1.2-1.5 раза, морскими судами - в 1.3-1.8, бездорожным транспортом - в 1.5-2.5, а при использовании авиации - в 3 раза и более по отношению к отпускной цене на опорных базах топливоснабжения.
Себестоимость электроэнергии на дизельных электростанциях (ДЭС). Составляющими годовых эксплуатационных расходов на дизельной электростанции являются затраты на топливо, заработную плату, амортизацию, текущий ремонт и прочие расходы. В таблице 1 приведены удельный расход топлива, численность обслуживающего персонала, норма амортизационных отчислений и удельные капиталовложения, которые были использованы при выполнении расчетов себестоимости энергии. Число часов использования в году установленной мощности ДЭС принято равным 3000. Затраты на дизельное топливо с учетом расходов на местный распределительный транспорт приняты в пределах 24-28 тыс. руб/т у.т. (34-40 тыс. руб/т). Результаты расчета себестоимости электроэнергии при указанных исходных данных представлены на рис.2. Из него видно, что при мощности ДЭС от 50 до 500 кВт себестоимость энергии составляет 13-20 руб/кВтч. Основным мероприятием, направленным на снижение стоимости вырабатываемой электрической энергии, может служить экономия дорогостоящего топлива, в том числе за счет использования местных возобновляемых источников энергии (ветра, солнца, малых рек, приливов и др.).
Таблица 1
Показатели работы дизельных электростанций [1]
Число жителей в населенном пункте, чел. Мощность ДЭС, кВт Удельный расход топлива, г у.т/ кВтч Числен. персонала, чел. Норма аморт. отчисл., % Удельные капиталовложения тыс. руб/кВт
20 20 460 2 20 23
50 50 428 3 17 17
100 100 410 5 15 13
200 200 395 7 13 10
500 500 383 14 10 7.5
Себестоимость тепловой энергии, вырабатываемой на котельных установках. Тепловая нагрузка малых населенных пунктов с числом жителей до 500 чел. не превышает 2.5 Гкал/ч. В связи с этим рассмотрение вариантов теплоснабжения таких потребителей в данной работе было проведено на примере следующего мощностного ряда котельных установок: 0.05, 0.10, 0.25, 0.5, 1.0, 2.5 Гкал/ч.
Составляющими годовых эксплуатационных расходов котельных установок являются затраты на топливо, заработную плату, амортизацию и текущий ремонт и прочие расходы. Затраты на привозное топливо зависят от удаленности потребителей и состояния дорожно-транспортной сети. В 2012 г. оптовая цена на дизельное топливо достигла 26-27 тыс. руб. за тонну, на мазут 12-14 тыс. руб/т, на уголь 1800-2100 руб/т. С учетом расходов на местный распределительный транспорт стоимость топлива существенно возрастает.
Число часов использования в году установленной мощности котельной определяется ее назначением и природно-климатическими условиями в районе эксплуатации. При использовании котельной для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения этот параметр может быть принят равным 3000-3500 ч.
Данные о КПД котлов, численности обслуживающего персонала, удельных капиталовложениях представлены в табл.2. При рассмотрении работы котельных на угле и дровах удельные капиталовложения увеличивались, соответственно, в 1.3 и 1.8 раза по сравнению с котельными на жидком топливе.
Мощность ДЭС, кВт
Рис.2. Зависимость себестоимости электроэнергии от мощности ДЭС и стоимости дизельного топлива
Таблица 2
Показатели котельных, работающих на разных видах топлива [2]
Мощность котельной, Гкал/ч КПД при работе на Численность персонала котельной (чел.), работающей на Удельные капвложения в котельную на жидк. топл., млн руб/Г кал/ч
жидк. топливе угле дровах жидк. топливе угле дровах
0.05 0.60 0.50 0.40 4 4 5 2.50
0.10 0.60 0.50 0.45 4 5 7 2.35
0.25 0.60 0.50 0.45 5 6 8 2.20
0.50 0.65 0.55 0.50 6 7 9 2.10
1.00 0.65 0.55 0.50 7 8 10 2.05
2.50 0.70 0.60 0.55 8 9 12 1.65
Годовая заработная плата одного работника котельной на угле или дровах в условиях Мурманской области принималась равной 180 тыс. руб. (15 тыс. руб/мес.), а работника котельной на жидком топливе - 240 тыс. руб. (20 тыс. руб/мес.). Норма амортизационных отчислений принята равной 10%.
На рисунке 3 представлены результаты расчета себестоимости тепловой энергии, вырабатываемой котельными в удаленных прибрежных населенных пунктах. В выполненных расчетах учтен рост стоимости различных видов топлива в ходе местных перевозок. Оказалось, что при использовании угля, мазута или дистиллятного топлива на котельных мощностью 0.2-2.0 Гкал/ч себестоимость тепловой энергии оказывается в пределах 4-8 тыс. руб/Гкал. На более мелких котельных она достигает 10-15 тыс. руб/Гкал. Очевидно, что требуется принятие мер по экономии дорогого привозного топлива, например, за счет вовлечения местных возобновляемых источников энергии (энергии ветра, гидроэнергии малых рек и др.).
тыс. руб Ск, Г кал
РК, Гкал/ч
Рис. 3. Зависимость себестоимости тепловой энергии на котельных, расположенных в удаленных населенных пунктах (учтены затраты на местный распределительный транспорт топлива), от мощности котельной и вида используемого топлива:
привозное топливо: 1 - дистиллятное (24 тыс. руб/т у.т.), 2 - мазут (14 тыс. руб/т у.т.), 3 - уголь (15 тыс. руб/т у.т.); местное топливо: 4 - дрова (2.8 тыс. руб/т у.т.)
Потенциал возобновляемых источников энергии Мурманской области
Энергия ветра. В работе [3] представлены результаты обработки 20-летних рядов наблюдений за скоростью ветра по 37 метеорологическим станциям Кольского полуострова. Показано, что наибольшие скорости ветра имеют место в прибрежных районах Баренцева моря. Здесь на высоте 10 м от поверхности земли они составляют 7-9 м/с. Установлено, что скорости ветра заметно снижаются по мере удаления от береговой линии. Зато с высотой они наоборот, существенно увеличиваются. При переходе от высоты 10 м к высотам 20, 50 и 70 м скорости возрастают соответственно на 0.6, 1.7 и 2.1 м/с.
На Кольском полуострове имеет место существенная сезонная неравномерность интенсивности ветра. Она наиболее ярко проявляется на северном побережье, где разница между зимним максимумом и летним минимумом скоростей ветра достигает 5-6 м/с. Такая неравномерность является благоприятной предпосылкой для эффективного использования энергии ветра, так как максимум скоростей ветра приходится на холодное время года и совпадает с сезонным пиком потребления тепловой и электрической энергии.
Гидроэнергия малых рек. Сооружение малых ГЭС на Кольском полуострове не является новым направлением. Несколько малых ГЭС было построено еще в середине прошлого века. Они эксплуатировались при напорах до 5-7 метров. При строительстве плотин широко использовалась древесина. После 25-30-летней эксплуатации плотины пришли в негодность и гидроэлектростанции были выведены из эксплуатации.
В настоящее время перспективы развития малой гидроэнергетики на Кольском полуострове увязываются с наличием подходящих створов для малых ГЭС вблизи существующих потребителей. К числу последних относятся прибрежные населенные пункты, расположенные вблизи устья рек, и ряд объектов в центральных и западных районах области, также расположенных вблизи речных водотоков.
Солнечная энергия. Согласно работе [4], в Мурманской области при реальных условиях облачности годовой приход суммарной солнечной радиации составляет около 650-850 кВт-ч/м2. Это в 1.3-1.7 раза ниже, чем в районах средней полосы и юга России. Для практического использования солнечной энергии требуются большие капиталовложения. Солнечные энергетические установки (СЭУ) пока еще дороги. - до 8 тыс. евро/кВт. Поэтому применение СЭУ в районах Севера может быть оправдано лишь в исключительных случаях, когда альтернативные способы получения энергии оказываются еще дороже.
Энергия морских приливов и волн. Ресурсы приливной энергии Кольского полуострова сосредоточены вдоль всей его 1000-километровой береговой линии. Но использование этого вида энергии возможно далеко не повсеместно, а лишь там, где имеются подходящие акватории (губы, заливы), позволяющие получить повышенное значение приливной волны (4-5 м и более). В этом плане заслуживает внимания Лумбовский залив на востоке Кольского полуострова, где может быть построена ПЭС мощностью в несколько сотен мегаватт. Но это уже объект не малой, а большой системной энергетики.
На Кольском полуострове имеются ресурсы волновой энергии. Морские волны накапливают в себе энергию ветра на значительном пространстве и являются природным концентратом энергии. Использование волновой энергии в условиях Заполярья представляет большие трудности в первую очередь из-за того, что максимум морского волнения приходится на холодное время года, когда все металлические конструкции подвергаются оледенению. Обслуживание волновых установок в этих условиях, а также из-за короткого светового дня (полярной ночи) затруднено.
Представленный обзор достоинств и недостатков возобновляемых источников энергии региона позволил расставить приоритеты их возможного практического использования и выдвинуть на передний план энергию ветра и гидроэнергию малых рек.
Технико-экономическая оценка перспектив использования энергии ветра и гидроэнергии малых рек
Ветроэнергетические установки в прибрежных районах Кольского полуострова. В таблице 3 представлены расчетные технико-экономические показатели работы ДЭС в шести характерных удаленных населенных пунктах. Среди них метеостанции и маяки в населенных пунктах Цып-Наволок, о.Харлов и Терско-Орловский, пограничные заставы Пумманки и Кильдин, рыболовецкий колхоз «Чапома». Все они находятся на побережье Баренцева и Белого морей в зоне повышенного потенциала энергии ветра. Мощности ДЭС в перечисленных населенных пунктах составляют от 35 до 300 кВт. В таблице представлены составляющие эксплуатационных расходов и себестоимость вырабатываемой электроэнергии, которая составляет 14-20 руб/кВт.ч.
Таблица 3
Технико-экономические показатели дизельных электростанций и рекомендуемая мощность ВЭУ
Населенный пункт Мощн. ДЭС, кВт Годовая выраб., тыс. кВтч Эксплуатационные расходы, тыс. руб. Себестоимость эл. эн., руб/кВтч Рекоменд. мощн. ВЭУ, кВт
топл. зарпл. аморт. проч. всего
Терско- 35 105 1294 554 120 135 2103 20.0 20
Орловский
о.Харлов 50 150 1806 684 136 164 2790 18.6 30
Цып- 80 240 2789 922 168 218 4097 17.1 50
Наволок
Пумманки 120 360 4082 1210 202 282 5776 16.0 80
Кильдин 170 510 5712 1550 221 354 7837 15.4 100
с.Чапома 300 900 9702 2304 297 520 12823 14.2 150
Дизельные электростанции обычно комплектуются из 2-3 дизель-генераторов, из которых основной дизель имеет мощность порядка 50-60% мощности всей ДЭС. Исходя из этого, мощность ветроэнергетических установок для совместной работы с ДЭС в перечисленных населенных пунктах была рекомендована в размере около 60% от мощности ДЭС.
Заводская стоимость ветроустановок европейского производства может быть позаимствована из работ [5-7]. С учетом транспортных расходов, стоимости сооружения фундамента, проведения строительно-монтажных и пуско-наладочных работ конечная установленная стоимость ВЭУ может достигать 80-90 тыс. руб/кВт (табл.4).
Участие ВЭУ в работе ДЭС способствует уменьшению топливной составляющей эксплуатационных расходов и снижению себестоимости вырабатываемой энергии. Как следует из табл.4, в рассматриваемых населенных пунктах себестоимость энергии за счет применения ВЭУ снизилась на 11-25%.
Показатели совместной работы ДЭС и ВЭУ
Населенный Ср. год. скорость ветра Мощность, кВт Выработка, тыс. кВтч Удельн. капвлож. Эксплуатационные расходы, тыс. руб. Себестоимость Снижение себестоимости, %
пункт (высота 10 м), м/с ДЭС ВЭУ ДЭС ВЭУ в ВЭУ, тыс. руб/кВт топл. зарпл. аморт. проч. всего эл. эн., руб/ кВтч
Терско- 7.3 35 20 55.9 49.1 90 689 554 246 160 1649 15.7 21.5
Орловский о.Харлов 9.2 50 30 (53%) 73.5 (47%) 76.5 85 885 684 315 200 2084 13.9 25.3
Цып- 7.1 80 50 (49%) 160.8 (51%) 79.2 80 1868 922 448 274 3512 14.6 14.6
Наволок (67%) (33%)
Пумманки 7.0 120 80 244.8 115.2 78 2776 1210 639 370 4995 13.9 13.1
Кильдин 7.5 170 100 (68%) 331.5 (32%) 178.5 78 3712 1550 767 463 6492 12.7 17.5
с.Чапома 5.5 300 150 (65%) 675 (75%) (35%) 225 (25%) 74 7277 2304 1074 676 11331 12.6 11.3
Малая ГЭС на Ельреке вблизи с.Краснощелье. Село Краснощелье располагается на р.Поной в центре Кольского полуострова. Оно удалено более чем на 150 км от ближайшего источника централизованного электроснабжения. Кроме воздушного сообщения и санной дороги по зимнику, село не связано никакими другими видами транспорта. Обеспечение села централизованным электроснабжением в ближайшем будущем не планируется. В настоящее время основным источником электроэнергии здесь служит дизельная электростанция мощностью около 500 кВт.
При выборе створа малой ГЭС в районе с.Краснощелье были рассмотрены четыре близлежащих притока реки Поной. Выбор был остановлен на Ельреке. Створ для сооружения малой ГЭС находится в 12 км по прямой от с.Краснощелье (рис.4), что и предопределило его выбор для малой ГЭС.
Предлагается русловая малая ГЭС установленной мощностью 500 кВт. Она состоит из двух гидроагрегатов с диаметром рабочего колеса 1 м. Предполагаемый расчетный напор 6 м. Годовая выработка электроэнергии 2.7 млн кВтч. Дизельную электростанцию намечается сохранить и ориентировать на покрытие части нагрузки в маловодные периоды года, а также на выполнение функций нагрузочного и аварийного резерва.
Рис. 4. Перспективные малые ГЭС:
1- на Ельреке, 2 - на р. Чаваньга
Полные капиталовложения в малую ГЭС на Ельреке могут составить около 90 млн руб. При численности персонала 5 человек, средней зарплате 20 тыс. руб/чел.мес., норме амортизационных отчислений 7% себестоимость электроэнергии составит около 3.4 руб/кВтч. На сегодняшний день себестоимость электроэнергии на действующей дизельной электростанции составляет около 14-15 руб/кВтч.
Малая ГЭС на р. Чаваньга. Створ этой ГЭС выбран в 8.5 км выше устья реки, в 7.5 км от одноименного с.Чаваньга (рис.4). Оптимальная мощность ГЭС составляет 1250 кВт, что позволит обеспечить электроэнергией не только с.Чаваньга, но и соседние села - Тетрино, Стрельну, Чапому и Пялицу и послужить надежной основой для их развития. Предложенная приплотинная малая ГЭС имеет два гидроагрегата. Расчетный напор станции 10 м, средний расход 15 м3/с. Полные капиталовложения в ГЭС составят около 200 млн руб., себестоимость вырабатываемой электроэнергии около 3.2 руб/кВтч. Это существенно ниже себестоимости энергии, производимой в 2011 г. на действующей дизельной электростанции (около 14-15 руб/кВтч).
Предпосылки участия ВЭУ в теплоснабжении удаленных потребителей. В Мурманской области существует ряд факторов, благоприятствующих использованию энергии ветра на нужды отопления.
1. Высокий потенциал ветра, особенно в прибрежных районах.
2. Продолжительный отопительный сезон, составляющий 9 мес. и более.
3. Зимний максимум скоростей ветра, совпадающий с сезонным максимумом потребления тепловой энергии.
4. Некритичность непостоянства ветра при его использовании на нужды теплоснабжения. Кратковременные секундные и минутные изменения мощности ВЭУ могут сглаживаться за счет аккумулирующей способности системы теплоснабжения. Более продолжительные колебания (в течение десятков минут и нескольких часов) могут выравниваться за счет аккумулирующей способности отапливаемых зданий или за счет работы дублирующих источников тепла на органическом топливе.
Технико-экономические показатели теплоснабжения с участием ВЭУ можно проследить на примере населенных пунктов Цып-Наволок и Кильдин. Исходя из числа жителей, проживающих в этих населенных пунктах (43 и 80 чел.), для удовлетворения производственных и коммунально-бытовых нужд потребуются котельные мощностью соответственно 0.2 и 0.4 Гкал/ч. В таблице 5 представлены результаты расчета технико-экономических показателей этих котельных. Они получены при КПД, штатном коэффициенте, норме амортизационных отчислений, удельных капиталовложениях, заимствованных из работы [8]. Число часов использования установленной мощности котельных принято равным 3500, а стоимость печного бытового топлива с учетом местных транспортных расходов - 24 тыс. руб/т у.т. В таблице приведены составляющие эксплуатационных расходов и себестоимость вырабатываемой тепловой энергии. Последняя составляет 6.5-7.7 тыс. руб/Гкал.
Таблица 5
Расчетные технико-экономические показатели теплоснабжения населенных пунктов Цып-Наволок и Кильдин
Населенный пункт Мощн. котель- ной, Гкал/ч Годовая выраб., Гкал КПД котель- ной Эксплуатационные расходы, тыс. руб. Себестоимость тепл. эн., тыс. руб/Гкал Рекомендуемая мощность ВЭУ, кВт
топл. зарпл. аморт. проч. всего
Цы1п- 0.2 700 0.60 4003 1104 45 230 5382 7.69 150 Наволок Кильдин 0.4 1400 0.65 7392 1344 85 286 9107 6.51 300
Котельные установки обычно комплектуются 3-4 котлами, которые последовательно включаются в работу по мере возрастания нагрузки. Исследованиями установлено, что оптимальная мощность ветроустановок, включаемых для совместной работы с котельной, может составлять 0.6-0.8 от мощности котельной. Для населенных пунктов Цып-Наволок и Кильдин рекомендованы ВЭУ мощностью 150 и 300 кВт (65% от мощности котельной).
Расчеты показали, что при совместной работе котельной и ВЭУ структура эксплуатационных расходов изменяется в сторону уменьшения топливной составляющей и снижения себестоимости тепловой энергии. В рассмотренных населенных пунктах, как следует из табл.6, себестоимость тепловой энергии за счет применения ВЭУ может быть снижена на 29-33%.
Таблица 6
Расчетные показатели совместной работы котельной и ветроэнергетических установок в населенных пунктах Цып-Наволок и Кильдин
Населенный пункт Мощность, кВт Выработка, Гкал Удельн. капвлож. в ВЭУ, тыс. руб/кВт Эксплуатационные расходы, тыс. руб. Себестоимость тепл. эн., тыс. руб/Гкал Сниже- ние себе- стои- мости, %
кот., Гкал/ч ВЭУ, кВт котель- ная ВЭУ топл. зарпл. аморт. проч. всего
Цып- 0.2 150 224 476 74 1281 1104 822 385 3592 5.13 33.3
Наволок (32%) (68%)
Кильдин 0.4 300 406 994 67 2144 1344 1492 567 6492 4.64 28.7
(29%) (71%)
Выводы
1. На Кольском полуострове насчитывается несколько десятков населенных пунктов (метеорологических станций, маяков, пограничных застав, рыболовецких колхозов, оленеводческих хозяйств и др.), которые из-за значительной удаленности и малых объемов электропотребления не охвачены централизованным электроснабжением и получают энергию от небольших дизельных электростанций и котельных установок.
2. Доставка топлива в эти населенные пункты зависит от состояния дорожно-транспортной системы, имеет ярко выраженную сезонную зависимость и характеризуется значительным удорожанием топлива в точке конечного потребления (в 1.5-2.0 раза и более).
3. Техническое состояние существующих источников энергоснабжения удаленных потребителей не удовлетворяет современным требованиям, так как характеризуется высоким уровнем износа, низкой экономичностью, значительными эксплуатационными затратами.
4. Кольский полуостров располагает значительными ресурсами местных возобновляемых источников энергии, из которых наибольшего внимания для энергообеспечения автономных поселений заслуживают энергия ветра и гидроэнергия малых рек.
5. Энергия ветра может быть направлена как на нужды электроснабжения (параллельная работа с ДЭС), так и теплоснабжения (совместная работа с теплогенерирующими установками). Применение ВЭУ по первому направлению может позволить сократить на 30-50% расход топлива на дизельных электростанциях и снизить себестоимость энергии на 10-25%. Применение ВЭУ по второму направлению может сэкономить на котельных 60-70% привозного топлива и снизить себестоимость тепловой энергии на 29-33%.
6. Наиболее перспективными населенными пунктами, вблизи которых может быть рекомендовано сооружение малых ГЭС, являются села Краснощелье и Чаваньга. Мощность гидроэлектростанций составляет соответственно 500 и 1250 кВт. Себестоимость энергии - до 3.5 руб/кВтч.
7. Внедрение возобновляемых источников энергии в сферу энергоснабжения децентрализованных потребителей Мурманской области позволит снизить эксплуатационные затраты на их энергообеспечение, улучшить экологическую обстановку и социально-бытовые условия жизни местного населения.
Литература
1. Энергетическое оборудование для использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии / В.И.Виссарионов, С.В.Белкина, Г.В.Дерюгина, В.А.Кузнецова, Н.К.Малинин. М.: ООО «Фирма “БИЭН”», 2004. 448 с.
2. Барабанер Х.З. Теплоснабжение сельских населенных пунктов. Таллинн: Валгус, 1976. 196 с.
3. Энергия ветра - перспективный возобновляемый энергоресурс Мурманской области: препринт / В.А.Минин, Г.С.Дмитриев, Е.А.Иванова и др. Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 2006. 73 с.
4. Справочник по климату СССР. Вып.2, ч.1. Солнечная радиация, радиационный баланс и солнечное сияние. Л.: Гидрометеоиздат, 1966. 62 с.
5. Безруких П.П. О стоимостных показателях энергетических установок на базе возобновляемых источников энергии // Энергетическая политика. 2009. N° 5. С. 5-11.
6. European Wind Turbine Catalogue. Copenhagen: Energy Centre Denmark, 1994. 63 p.
7. Wind Energy - 2004. Osnabrueck: Bundesverband WindEnergie Service GmbH, 2004. 196 p.
8. Минин В.А. Экономические аспекты развития возобновляемой энергетики малой мощности в удаленных поселениях на Кольском полуострове. Мурманск: Объединение Bellona, 2012. 44 с.
Сведения об авторе
Минин Валерий Андреевич,
зам. директора Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН, заведующий лабораторией энергосбережения и возобновляемых источников энергии, к.т.н. Россия, 184209, Мурманская область, г.Апатиты, мкр.Академгородок, д.21А Эл. почта: minin@ien. kolasc.net.ru
