CC BY
30
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.16.3.140-146 УДК 697.341+621.548
А. В. Бежан
ПОВЫШЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ЗА СЧЁТ ПРИМЕНЕНИЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК В РЕГИОНАХ АРКТИЧЕСКОЙ ЗОНЫ РФ
Аннотация
Рассмотрен вопрос о возможном участии ветроэнергетических установок (ВЭУ) в теплоснабжении небольших рассредоточенных потребителей Арктической зоны РФ, расположенных в районах с повышенным потенциалом энергии ветра. На примере муниципального образования городское поселение Печенга показано, что в отдельных районах Арктической зоны качественная и бесперебойная работа систем теплоснабжения невозможна без повышения уже установленных тарифов или государственных субсидий. Показано, что одним из мероприятий снижения себестоимости тепловой энергии и, соответственно, сокращения государственных субсидий может быть внедрение ветроустановок в существующие системы теплоснабжения. Ключевые слова:
Арктическая зона, теплоснабжение, энергосбережение, ветроустановка, государственные субсидии.
A. V. Bezhan
THE IMPROVEMENT OF HEAT SUPPLY SYSTEMS ECONOMIC EFFICIENCY BY MEANS OF WIND-DRIVEN POWER PLANTS IN THE REGIONS OF THE ARCTIC ZONE OF THE RUSSIAN FEDERATION
Abstract
The problem of the possible participation of wind-driven power plants in the heat supply of small dispersed consumers of the Arctic zone of the Russian Federation located in areas with increased wind energy potential is considered. Based on the example of the municipal entity, the Pechenga urban settlement, it is shown that in certain select areas of the Arctic zone, the quality and uninterrupted operation of heat supply systems is impossible without increasing already established tariffs or government subsidies. It is shown that one of the measures of heat cost reduction and, consequently, and cutbacks in subsidies can be the integration of wind turbines into existing heat supply systems. Keywords:
Arctic zone, heat supply, energy saving, wind-driven power plant, government subsidies.
Геостратегические интересы Российской Федерации почти всегда были устремлены к Северу и Арктическому региону. Своё будущее развитие Россия видит в тесной связи с северными и арктическими субъектами РФ [1-3]. Одним из приоритетных направлений успешного существования и функционирования этих регионов является эффективное развитие систем теплоснабжения, что ввиду наличия суровых природно-климатических условий особенно актуально.
Для достижения такой цели необходим комплекс мероприятий, направленных на решение проблем, способствующих энергосбережению и повышению энергетической эффективности работы таких систем теплоснабжения. В качестве одного из таких возможных направлений может быть внедрение в системы теплоснабжения местных возобновляемых источников энергии [4].
В районах Арктической зоны с повышенным потенциалом ветра и продолжительным отопительным сезоном в качестве дополнительного источника энергии имеется возможность использования ветроэнергетических установок [5], в том числе и на цели теплоснабжения [6]. К числу таких районов относится Мурманская область.
На примере населённого пункта Цыпнаволок, расположенного северо -западнее Мурманска на восточной оконечности полуострова Рыбачий (рис. 1), можно рассмотреть вариант возможного использования энергии ветра для теплоснабжения потребителей. Численность населения в указанном населённом пункте составляет 35 человек. Здесь находится военная часть, метеостанция и маяк. Административно н.п. Цыпнаволок входит в состав муниципального образования городское поселение Печенга.
/
Рис. 1. Расположение н.п. Цыпнаволок на территории Мурманской области
Исходя из числа жителей, проживающих в рассматриваемом населённом пункте, для удовлетворения производственных и коммунально-бытовых нужд потребуется котельная мощностью 0.2 Гкал/ч. Исследованиями установлено, что оптимальная мощность ветроустановок, включаемых для совместной работы с котельной, может составлять 0.6-0.8 от мощности котельной, выдаваемой на нужды теплоснабжения [7]. Для населённого пункта Цыпнаволок может быть рекомендована ВЭУ марки Bonus мощностью 150 кВт (65 % от подключённой нагрузки котельной), с диметром ветроколеса 23.8 м и высотой башни 30 м.
Из работы [7] известно, что на метеостанции Цыпнаволок среднегодовая скорость ветра на высоте 10 м составляет 7.1 м/с. С высотой скорости ветра возрастают. Вопрос о вертикальном профиле ветра также подробно изложен в [7],
где по результатам широких исследований и обобщений получена эмпирическая формула, определяющая переход с одного высотного уровня, например 10 м, на высоту Н:
Vh = v10 ■
( \0.60- (V10)
10 J
V
где — среднегодовая скорость ветра на высоте 10 м от поверхности земли,
м/с, Н — высота оси ветроколеса, м.
Используя представленную зависимость, получим, что в н.п. Цыпнаволок среднегодовая скорость ветра на высоте 30 м составит:
Узо = 7.1130 = 8.2 м/с.
Для расчёта годовой выработки энергии ВЭУ требуется знать повторяемость скоростей ветра на высоте оси ветроколеса (рис. 2) и рабочую характеристику ВЭУ, которая приведена на рис. 3. Расчёты показали, что годовая выработка энергии ВЭУ составила 570 тыс. кВтч в год, число часов использования установленной мощности ВЭУ в году - 3800.
Рис. 2. Повторяемость скоростей ветра при среднегодовой скорости ветра 8.2 м/с
Располагая представленными данными, можно перейти к оценке себестоимости энергии, произведённой ВЭУ. Удельная заводская стоимость современных ВЭУ составляет около 1200-1500 евро/кВт, последующие расходы, связанные с сооружением ВЭУ и вводом её в эксплуатацию, приведут к увеличению стоимости ВЭУ примерно на 50 %. В итоге стоимость сооружения ветроустановки возрастет ориентировочно до 1800-2250 евро/кВт. При таких удельных капиталовложениях трудно рассчитывать на быструю окупаемость ВЭУ. В свете сказанного представляется целесообразным оценить перспективы использования ВЭУ, бывших в эксплуатации, цены на которые существенно ниже, чем на новые. Стоимость реновированной (восстановленной) ВЭУ марки Bonus мощностью 150 кВт находится примерно на уровне 5 млн руб., а с учетом предпродажной подготовки, транспорта и всех связанных с сооружением ВЭУ
затрат она окажется равной 7.5 млн руб. В этом случае стоимость установленного киловатта для рассматриваемой реновированной ВЭУ мощностью 150 кВт составит 715 евро/кВт (при курсе 70 руб/евро).
0 5 10 15 20 25
Скорость ветра, м/с
Рис. 3. Рабочая характеристика ветроустановки Bonus мощностью 150 кВт
На территории Мурманской области имеется опыт эксплуатации ВЭУ мощностью 200 кВт, уже отработавшей около 10 лет на одной из ферм Дании. Данная ВЭУ была смонтирована на сопке вблизи г. Мурманска в 2001 году и предназначена для электроснабжения отеля «Огни Мурманска» [8, 9].
Себестоимость энергии, произведённой ВЭУ, зависит от ежегодных амортизационных отчислений, расходов на зарплату и прочих расходов. Если заложить срок окупаемости ВЭУ равный 7 годам, то себестоимость энергии, вырабатываемой ВЭУ, составит 3776 руб/Гкал.
Если себестоимость энергии, получаемой от ВЭУ, окажется меньше, чем тариф на тепловую энергию, получаемую от котельной, то эксплуатация ВЭУ оправдана. Разница между себестоимостью энергии от ВЭУ и тарифом от котельной будет характеризовать возможную экономию денежных средств, за счёт которой ВЭУ не только окупится, но и принесёт прибыль.
По состоянию на конец 2017 года теплоснабжающими организациями, входящими в муниципальное образование г.п. Печенга и охватывающими в том числе н.п. Цыпнаволок, тариф на тепловую энергию установлен на уровне примерно 3000 руб/Гкал для населения и 5000 руб/Гкал для других потребителей (табл. 1). Отсюда следует, что средняя величина тарифа на тепловую энергию для г.п. Печенга составляет примерно 4000 руб/Гкал, реальные же затраты на производство и отпуск тепловой энергии превышают эту цифру.
Фактические показатели затрат на теплоснабжение потребителей, входящих в МО г.п. Печенга, приведены в табл. 2. Из неё видно, что выручка предприятий от регулируемого вида деятельности меньше суммарных затрат, что говорит об убыточности организаций. Таким образом, без повышения существующих тарифов или государственных субсидий развитие предприятий невозможно.
Таблица 1
Тарифы на тепловую энергию некоторых теплоснабжающих организаций в МО
г.п. Печенга в 2017 году
Наименование организации Теплоноситель Ед. изм. тарифа Период
с 01.01.2017 по 30.06.2017 с 01.07.2017 по 31.12.2017
Категория потребителя
Населени е Прочие (кроме населени Населени е Прочие (кроме населени
ООО «Теплострой Плюс» вода руб/Гкал 3 019 3 563 3 185 3 967
АО «ГУ ЖКХ» (с 01.04.2017 г. ФГБУ «ЦЖКУ» МО РФ) вода руб/Гкал 2 911 5 562 3 071 5 670
Данная ситуация характерна для большинства отдалённых населённых пунктов Мурманской области, где тариф на тепловую энергию не покрывает всех расходов, связанных с производством тепловой энергии и часть нагрузки приходится на бюджет. Государство вынуждено субсидировать производство тепловой энергии и в частности покупку и северный завоз органического топлива, устанавливая для населения цену за 1 Гкал тепловой энергии меньше реальной.
В труднодоступных и отдалённых районах Арктической зоны, располагающих повышенным потенциалом ветра и продолжительным отопительным сезоном, теплоснабжение может осуществляться за счёт применения энергокомплекса на основе котельной и ветроустановки, позволяющего уменьшить участие котельной в обеспечении графика отопительной нагрузки.
В этом случае основной эффект от применения ВЭУ выражается в экономии органического топлива, покупка и транспортировка которого в отдельных районах напрямую зависят от государственных субсидий.
Рассмотренный вариант включения ВЭУ в систему теплоснабжения наглядно показывает, что необходимость в субсидиях при производстве той части энергии, которая вырабатывается за счёт работы ВЭУ для целей теплоснабжения, полностью отпадает.
Таким образом, применение гибридных теплоснабжающих комплексов «котельная + ВЭУ» в районах с повышенным потенциалом ветра может рассматриваться как мероприятие по снижению финансовой нагрузки на бюджеты всех уровней государственной власти, что в настоящее время особенно актуально в связи со сложившимися суровыми экономическими условиями в стране.
Таблица 2
Основные финансовые показатели деятельности некоторых теплоснабжающих организаций, обеспечивающих теплом населённые пункты, входящие в МО г.п. Печенга, за 2015 г.
Теплоснабжающая организация
Наименование показателя Единица измерения ООО «Теплострой Плюс» ОП «Мурманский» АО «ГУ ЖКХ»*
Вид регулируемой X Производство и передача
деятельности тепловой энергии
Выручка от регулируемой деятельности млн руб. 113 830
Себестоимость
производимых товаров (оказываемых услуг) по млн руб. 162 844
регулируемому виду
деятельности, в том числе:
Расходы на
покупаемую тепловую энергию (мощность) млн руб. 0,0 118
Расходы на топливо млн руб. 60 406
Расходы на оплату труда млн руб. 48 182
Прочие расходы млн руб. 54 138
Валовая прибыль от продажи
товаров и услуг по регулируемому виду млн руб. -49 -14
деятельности
Примечание: * - информация за ноябрь-декабрь 2015 г. Выводы
1. Предложен вариант теплоснабжения н.п. Цыпнаволок Мурманской области от ветроустановки мощностью 150 кВт, работающей совместно с котельной. Годовая выработка энергии ветроустановки, которая может быть использована на отопление, оценивается в 570 тыс. кВтч.
2. Установлено, что основной эффект от применения ВЭУ для целей теплоснабжения выражается в уменьшении участия котельной в обеспечении графика отопительной нагрузки и, как следствие, в экономии органического топлива, покупка и транспортировка которого в отдельных районах напрямую зависят от государственных субсидий.
3. Установлено, что в условиях, когда существование и развитие теплоснабжающих организаций без государственных субсидий невозможно, а себестоимость энергии, получаемой от ветроустановки, меньше чем тариф на тепловую энергию, получаемую от котельной, применение энергокомплекса
«котельная + ветроустановка» для целей теплоснабжения может рассматриваться как мероприятие по снижению финансовой нагрузки на бюджеты всех уровней государственной власти.
Литература
1. Победоносцева Г. М., Победоносцева В. В. Стратегические аспекты экономического развития регионов Севера и Арктики России и её ресурсной базы // Север и рынок: формирование экономического порядка. 2015. № 1 (44). С. 93-100.
2. Серова Н. А. Особенности инвестиционной политики регионов Арктической зоны // Север и рынок: формирование экономического порядка. 2016. Т. 50. № 3. С. 13-20.
3. Победоносцева Г. М., Победоносцева В. В. Стратегические направления развития регионов Арктики Российской Федерации // Евразийский союз ученых. 2017. № 1-2 (34). С. 48-49.
4. Клюкин А. М., Кузнецов Н. М., Трибуналов С. Н. Повышение эффективности использования энергоресурсов в Мурманской области // Труды Кольского научного центра РАН. Энергетика. 2016. № 5 (39). С. 107-118.
5. Рожкова А. А. Перспективы участия ветровых энергетических установок в энергоснабжении г. Островной на побережье Баренцева моря // Труды Кольского научного центра РАН. Энергетика. 2011. № 4. С. 150-153.
6. Bezhan A. V., Minin V. A. Estimation of Efficiency of the Heat Supply System Based on a Boiler House and a Wind Turbine in the Northern Environment // Thermal Engineering. 2017. Vol. 64. No. 3. Pp. 201-208.
7. Зубарев В. В., Минин В. А., Степанов И. Р. Использование энергии ветра в районах Севера. Л.: Наука, 1989. 208 с.
8. Бежан А. В. Ветроэнергетика Мурманской области // Электрические станции. 2017. № 7. С. 51-55.
9. Минин В. А., Дмитриев Г. С. Опыт монтажа и первого года эксплуатации сетевой ветроэнергетической установки около г. Мурманска // Электрические станции. 2004. № 2. С. 71-73.
Сведения об авторе
Бежан Алексей Владимирович
научный сотрудник Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН. Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А, Эл. почта: [email protected]
