CC BY
26
© О.В. Афанасьева, А.А. Галькеева, А.Р. Вафин, Г.Р. Мингалеева УДК 662.6:620.98
АНАЛИЗ ПЕРСПЕКТИВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УГЛЯ НА ОБЪЕКТАХ МАЛОЙ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
О.В. Афанасьева, А.А. Галькеева, А.Р. Вафин, Г.Р. Мингалеева
Казанский государственный энергетический университет, г. Казань, Россия
eccolga@mail. ru
Резюме: В работе проанализированы перспективы использования местного твердого топлива как энергоресурса на объектах малой распределенной энергетики. Проведена оценка обеспеченности углями регионов России. Запасы углей по каждому из регионов приведены к единым параметрам - в расчете на душу населения, площадь территории и валовой региональный продукт. Это позволило провести сравнительную оценку с выявлением регионов, где размещение объектов малой энергетики (мини-ТЭС) является предпочтительным.
Ключевые слова: мини-ТЭС, уголь, регионы России, местное топливо.
Благодарности: Работа, по результатам которой выполнена статья, выполнена при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта №17-08-00295 «А».
THE ANALYSIS OF PROSPECTS OF USING COAL AT THE OBJECTS OF SMALL
DISTRIBUTED GENERATION
O.V. Afanaseva, A.A. Galkeeva, A.R. Vafin, G.R. Mingaleeva
Federal State Educational Institution of Higher Professional Education Kazan State Power
Engineering University
eccolga@mail.ru
Abstract: In the article the prospects of using local solid fuel as an energy resource at the objects of small distributed generation is analyzed. The estimation of coal supply of Russian regions is carried out. Coal reserves for each of the regions are reduced to the unitary parameters - per head of the population, area and gross regional product which allowed a comparative assessment with the identification of regions where the location of low-capacity power plant is preferable.
Keywords: low-capacity power plant, coal, regions of Russia, local fuel.
Acknowledgments: The reported study was funded by RFBR, according to the research project No. 17-08-00295 «A».
Введение
Энергетическая безопасность страны является одним из ключевых показателей ее стабильного экономического роста. Высокая степень износа энергогенерирующего оборудования крупных станций, потери в электрических сетях, неудовлетворительное качество электроснабжения потребителей - эти и многие факторы свидетельствуют о необходимости переосмысления структуры энергоснабжения нашей страны. Эти аспекты
затрагивались и на прошедшем 20 февраля 2017 года круглом столе «Распределенная энергетика, как важное направление развития современной энергетики», организованного Комитетом Государственной Думы по энергетике [1].
Участники круглого стола отметили следующие очевидные предпосылки для развития распределенной энергетики в России:
- эффективные технологии распределенной генерации, использование местных как возобновляемых, так и традиционных ресурсов, развитие технологий переработки топлива расширяют возможности для ее применения;
- расположение объектов малой распределенной энергетики в непосредственной близости от потребителей позволяет снизить потери в сетях, внедрение технологий когенерации и тригенерации повышает эффективность использования топлива;
- интеллектуализация энергетических установок, систем управления сетями и потреблением энергии, «умные сети» позволяют удовлетворить любые запросы потребителей.
Стоит отметить, что во всем мире уже давно прослеживается тенденция развития децентрализованного энергоснабжения [2; 3]. В отдельных европейских странах доля малой энергетики в среднем составляет около 10% (в Дании достигает 50%) с тенденцией к росту, в том числе за счет использования возобновляемых источников энергии. Доля малой генерации (станции мощностью до 30 МВт) в нашей стране сейчас составляет 1% в центральном федеральном округе и достигает 14% в дальневосточном федеральном округе [1]. Вместе с тем, в рамках круглого стола были отмечены и барьеры для быстрого роста доли малой энергетики в нашей стране, касающиеся, в большинстве случаев, законодательства Российской Федерации, содержащего существенное количество норм, которые сдерживают вложение инвестиций в производство установок по производству энергии на мини-ТЭС. В этой связи необходимо внесение правок в законодательные акты и совершенствование структуры малой энергетики, о чем говорилось уже ранее в статье.
Одной из сфер применения распределенной генерации является удовлетворение потребности в энергии удаленных районов, что для обширной территории нашей страны представляется особенно актуальным. Энергообеспечение промышленных предприятий, объектов военного назначения, к которым предъявляются повышенные требования по безопасности и бесперебойному снабжению энергией, в ряде случаев также может достигаться силами малой энергетики - мини-ТЭС.
Как отмечалось, малая распределенная энергетика ориентируется, главным образом, на использование местных природных ресурсов. Во-первых, за счет этого достигается автономность данных установок, так как отсутствует зависимость от привозного топлива, условий его доставки. Во-вторых, использование местного топлива позволяет значительно сократить расходы на его транспортировку, что, в конечном итоге, отражается на стоимости вырабатываемой энергии.
Наша страна располагает значительными запасами твердого топлива, и в этом ключе использование каменных и бурых углей на мини-ТЭС для многих регионов нашей страны является оптимальным вариантом. Для объектов малой энергетики должна быть сформирована ресурсная база, которая позволит выбрать оптимальный регион строительства и вид топлива. Необходимо учитывать, что многие угольные месторождения работают исключительно на обеспечение запросов крупных станций и не смогут обеспечить топливом малые энергетические объекты. В рамках данной статьи авторами были актуализированы данные по запасам твердым топливом (каменные и бурые угли) регионов нашей страны, выработке энергии на угольном топливе, объемам добычи. Запасы и добыча угольного топлива для каждого региона приведены к единым показателям - в расчете на душу населения, площадь и валовый региональный продукт.
Основная часть
Российская Федерация занимает 2 место в мире по запасам углей - более 157 млрд т (108 млрд т бурого и 49 млрд т каменного угля), что составляет 18% мировых запасов [4]. По итогам 2016 года Россия занимает 5 место в мире по добыче угля - 395 млн т/год, что составляет 5,2% от общей добычи. Добыча угля в России ведется в 7 федеральных округах и 25 субъектах Федерации. Ее осуществляют 192 угольных предприятия, в том числе 71 угольная шахта и 121 разрез.
По данным Центрального диспетчерского управления топливно-энергетического комплекса добыча каменного угля ведется в следующих субъектах РФ: Мурманская область, Республика Коми, Ростовская область, Новосибирская область, Кемеровская область, Красноярский край, Республика Хакасия, Республика Тыва, Иркутская область, Забайкальский край, Республика Саха, Хабаровский край, Приморский край.
Бурый уголь добывают: Тульская область, Оренбургская область, Свердловская область, Челябинская область, Алтайский край, Кемеровская область, Красноярский край, Иркутская область, Республика Бурятия, Забайкальский край, Республика Саха, Амурская область, Хабаровский край, Чукотский АО, Еврейская автономная область, Приморский край, Лучегорский угольный р., Сахалинская область
Добыча угля в России сосредоточена в Сибирском ФО, на который приходится 85% общероссийской добычи. Здесь расположены крупнейшие добывающие субъекты Российской Федерации: Кемеровская область (вклад в общероссийский показатель — 58%), Красноярский край (11%) и Забайкальский край (5%). На Дальнем Востоке основная добыча ведется в Якутии (4 %), а на Северо-Западе — в Республике Коми (4%) [4].
По выработке электроэнергии Россия также занимает 5 место - 1148 млрд кВтч [5].
С использованием аналитических данных и информационных источников [6; 7] была актуализирована и структурирована информация о добыче и балансовым запасам угля, мощности электростанций и структуре мощностей по типу электростанций для субъектов РФ (табл. 1).
Таблица 1
Характеристики угледобывающих регионов Российской Федерации_
№ п/п Округ, регион Добыча угля, тыс. т/год Балансовые запасы угля, млн т Мощность Электростанций МВт; выработка электроэнергии, в год, млн т Структура мощностей, МВт
Северо-западный федеральный округ
1 Мурманская область (включая, арх. Шпицберген) 120 135 3643; 16565,5 ГЭС - 1589,5; ТЭЦ - 293,5, в т.ч. на угле -266; АЭС - 1760;
2 Республика Коми 14600 7180 1243; 10261,2 ТЭЦ -1243, в т.ч. на угле -313; ГТУ - 100; ТЭС - 1060, в т.ч. на угле -1060;
Центральный федеральный ок руг
3 Тульская область - 1337 2528; 5465,09 ТЭС - 2396; в т.ч. на угле -450; ТЭЦ - 367
Приволжский федеральный округ
4 Оренбургская область 570 737 3739; 14555,06 ТЭС - 2400; ТЭЦ - 1211; ГЭС - 30
Южный федеральный округ
5 Ростовская область 9500 501 3007,2; 32127,9 ТЭЦ - 714; ТЭС - 2293,2, в т.ч. на антраците - 79,2; АЭС - 2000; ГЭС - 211,5; МГЭС - 3,5
Уральский федеральный округ
6 Челябинская область — 497 5629,6; 18594,25 ТЭЦ - 1785,8, в т.ч. на угле - 330; ТЭС - 3824, в т.ч. на угле - 2234; ГТ ТЭЦ - 18
Сибирский федеральный округ
7 Новосибирская область 5400 168 3024,5; 14264,9 ТЭЦ - 2549,5, в т.ч. на угле - 2549,5; ГЭС - 475;
8 Кемеровская обл. 227400 52500 5353; 25758,8 ТЭЦ - 5353, в т. ч. на угле - 4964;
9 Красноярский край 40000 72000 17653; 68939,4 ТЭЦ - 7615, в т.ч. на угле - 6180; ГЭС - 10038
10 Республика Бурятия 2000 2701 1308,77; 5407,0 ТЭЦ - 1308, 77, в т.ч. на угле - 1380,77
11 Республика Хакасия 16000 5300 6996,2; 23164,0 ТЭЦ - 270, в т.ч. на угле - 270; ГЭС - 6721; Солнечные - 5,2
12 Республика Тыва 1221 2091 17; 84,9 ТЭЦ - 17
13 Иркутская область 16800 5900 13492,4; 48642,3 ТЭЦ - 3952,2, в т.ч. на угле 3865,2; ГЭС - 9540,2
14 Забайкальский край 12200 6900 1565,2; 7263,9 ТЭЦ - 910,2, в т.ч. на угле - 910,2; ТЭС - 655, в т.ч. на угле 655
15 Алтайский край — 26,5 1262; 5801,07 ТЭЦ - 1426, в т.ч. на угле - 1226,; ГТ ТЭЦ - 36
Дальневосточный федеральный округ
16 Республика Саха 15246 2573 2356,6; 9006 ТЭС - 986, в т.ч. на угле - 618; ТЭЦ - 67,5, в т.ч. на угле - 67,5; ГЭС - 957,5; ДЭС - 345,6
17 Амурская область 3381 3630 3722; 13797,16 ТЭЦ - 280, в т.ч. на угле 280; ТЭС - 102, в т.ч. на угле 102; ГЭС — 3340
ТЭЦ - 2639,1,
18 Хабаровский край 7000 1604 2723; 9553,7 в т.ч. на угле - 285; ТЭС - 84, в т.ч. на угле - 84;
ТЭЦ - 119,15,
19 Чукотский автономный округ 233 29,02 201,15; 475,2 в т.ч. на угле 119,15; ТЭС - 34, в т.ч. на угле -34; АЭС - 48
20 Еврейская автономный округ 110 3,5 0,63 ТЭЦ - 0,63, в т.ч. на угле - 0,63
ТЭЦ - 946,8
21 Приморский край 800 329 3907,8; 11565,3 в т.ч. на угле - 897; ТЭС - 1715, в т.ч. на угле - 1670; ВЭС - 576
ТЭЦ - 691,8;
22 Сахалинская 5500 2500 844; ТЭС - 48;
область 1973,16 ДЭС - 4,8; ВЭС - 0,45
Среди ТЭЦ и ТЭС угледобывающих регионов на твердом топливе работают станции, представленные в табл. 2 [7]. Большая часть из них обеспечивают теплом и электричеством крупные населенные пункты. При этом для многих регионов России остро стоит вопрос энергообеспечения отдаленных населенных пунктов и промышленных предприятий. Для определения возможности строительства мини-ТЭС на местном твердом топливе расчетным путем было определено количество угля, потребляемого электростанциями в угледобывающих регионах. Полученные данные использовались для определения характеристик (табл. 3).
Таблица 2
Угольные электростанции угледобывающих регионов Российской Федерации_
№ Угледобывающий регион Угольные электростанции Мощность,
п/п Российской Федерации МВт
1 Мурманская область Апатитская ТЭЦ 266
Воркутинская ТЭЦ-2 270
2 Республика Коми Воркутинская ТЭЦ-1 25
Интинская ТЭЦ 18
3 Тульская область Черепетская ГРЭС 450
4 Челябинская область Троицкая ГРЭС / ТЭЦ ММК 2234 / 330
5 Ростовская область Экспериментальная ТЭС 79,2
Новосибирская ТЭЦ-2 340
Новосибирская ТЭЦ-3 511,5
6 Новосибирская область Новосибирская ТЭЦ-4 384
Новосибирская ТЭЦ-5 1200
Барабинская ТЭЦ 114
Западно-Сибирская ТЭЦ 600
Ново-Кемеровская ТЭЦ 565
Южно-Кузбасская ГРЭС 554
7 Кемеровская область Кемеровская ГРЭС 485
Кузнецкая ТЭЦ 108
Центральная ТЭЦ 100
Кемеровская ТЭЦ 80
Красноярская ТЭЦ 481
Красноярская ТЭЦ-2 465
8 Красноярский край Красноярская ТЭЦ-3 208
Минусинская ТЭЦ 85
Канская ТЭЦ 24
Иркутская ТЭЦ-10 1110
Ново-Иркутская ТЭЦ 655
Усть-Илимская ТЭЦ 525
Иркутская ТЭЦ-9 475
Иркутская ТЭЦ-11 350,3
9 Иркутская область Иркутская ТЭЦ-6 270
Ново-Зиминская ТЭЦ 240
Иркутская ТЭЦ-1 185
Иркутская ТЭЦ-16 18
Иркутская ТЭЦ-5 18
Иркутская ТЭЦ-3 11,7
Иркутская ТЭЦ-12 7,5
10 Республика Хакасия Абаканская ТЭЦ 270
Харанорская ГРЭС 655
Читинская ТЭЦ 452,8
ТЭЦ ППГХО
11 Забайкальский край (Краснокаменская ТЭЦ) 410
Приаргунская ТЭЦ 24
Читинская ТЭЦ-2 12
Шерловогорская ТЭЦ 12
Бийская ТЭЦ-1 535
12 Алтайский край Барнаульская ТЭЦ-3 430
Барнаульская ТЭЦ-2 200
Рубцовская ТЭЦ 61
13 Республика Бурятия Гусиноозерская ГРЭС 1160
Улан-Удэнская ТЭЦ-1 148,77
14 Амурская область Благовещенская ТЭЦ 280
Райчихинская ГРЭС 102
1 « Еврейская автономная Ургальская котельная Биробиджанской
область ТЭЦ 0,63
Нерюнгринская ГРЭС 618
16 Республика Саха Чульманская ТЭЦ 48
Якутская ТЭЦ 12
Депутатская ТЭЦ 7,5
Анадырская ТЭЦ 84,65
17 Чукотский АО Чаунсккая ТЭЦ 34,5
Эгвекинотская ГРЭС 34
18 Хабаровский край Сахалинская ГРЭС 84
Амурская ТЭЦ-1 285
Партизанская ГРЭС 203
19 Приморский край Приморская ГРЭС 1467
Владивостокская ТЭЦ 497
Артемовская ТЭЦ 400
Авторами статьи был проведен анализ обеспеченности и применения угля в энергетике угледобывающих субъектов РФ с целью определения регионов для строительства объектов малой распределенной энергетики, работающих на местном твердом топливе.
В табл. 3 представлены приведенные характеристики добычи угля в регионах за вычетом количества, используемого угольными электростанциями, на валовой региональный продукт (ВРП) и запасов углей на душу населения и площадь рассматриваемых регионов.
Таблица 3
Приведенные характеристики_
№ п/п Округ, регион Приведенные параметры ВРП, млн руб. Население, тыс. Площадь региона, тыс. кв. км
добыча/ВРП т/ млн руб. запасы/ население, т/чел. запасы/ площадь региона, т/кв. км
1 Мурманская область и архипелаг Шпицберген) 178,2 931,7 390390 757,6 144,9
2 Республика. Коми 16,9 8442,1 17263,8 523211 850,5 415,9
3 Тульская область _* 891,9 52065,9 476,6 1499 25,7
4 Оренбургская область 0,73 370,5 5957,9 774,9 1 989 123,7
5 Ростовская обл. 9,16 118,3 4970,2 1000247 4236 100,8
6 Челябинская область _* 141,9 5614 1170,3 3 502 88,5
7 Новосибирская область _* 62 942,8 980250 2709,4 178,2
8 Кемеровская область 245,1 19380,9 549738,2 842619 2708,8 95,5
9 Красноярский край 25185,6 30769,2 1618166 2858,8 2340
10 Алтайский край _* 11,2 157,7 492,1 2 365 168
11 Республика Бурятия 31,3 2744,9 7687,8 204,2 984 351, 3
12 Республика Хакасия 46,4 9857,4 85622 320095 537,7 61,9
13 Республика Тыва 25,8 6557,9 12263,9 150258 318,9 170,5
14 Иркутская область 1,3 2449,2 7683,3 419885 2408,9 767,9
15 Забайкальский край _* 6395 15990,7 229303 1078,9 431,5
16 Республика Саха 7,3 2672,3 834,3 1699932 962,8 3084
17 Амурская область 2,54 4531,8 10030,2 276,9 801 361, 9
18 Еврейская автономная область 2,35 21,34 96,5 44,9 164 36,3
19 Хабаровский край 12,7 1203 2034 427651 1333,3 788,6
20 Чукотский автономный округ —* 542,2 175 63900 49 721,4
21 Приморский край —* 171 1983,1 371098 1923,3 165,9
22 Сахалинская область 5,5 5133,5 28702,3 999,1 487 87,1
* — на основании расчета в данных регионах потребление угля электростанциями превышает добычу
Заключение и выводы
В результате анализа полученных приведенных параметров запасов углей по угледобывающим регионам РФ были установлены наиболее и наименее перспективные субъекты с точки зрения возможности строительства объектов малой распределенной энергетики, работающих на местном твердом топливе. По всем трем приведенным параметрам лидером является Кемеровская область. Это является прогнозируемым результатом ввиду того, что данный регион обладает высокими показателями по запасам и добыче углей в России. Также стоит отметить Республику Коми, Хакасию, Бурятию, Тыву, приведенные характеристики которых имеют высокие значения.
При существующем уровне добычи угля для Мурманской, Тульской, Челябинской, Новосибирской областей, Красноярского, Приморского и Забайкальского края, Чукотского АО строительство мини-ТЭС, согласно расчетам, является нецелесообразным.
Литература
1. Рекомендации круглого стола на тему: «Распределенная энергетика, как важное направление развития современной энергетики». URL: http://www.komitet2-13.km.duma.gov.ru/Rekomendacii-po-itogam-meropriyatij/item/221570/ (дата обращения 01.07.2017).
2. Kosmadakis G. Renewable and conventional electricity generation systems: technologies and diversity of energy systems renewable energy governance. G. Kosmadakis, S. Karellas, E. Kakaras. Lecture Notes in Energy 23. pp 9-30. DOI: 10.1007/978-1-4471-5595-9_2.
3. Chodkowska-miszczuk, J. Small-scale renewable energy systems in the development of distributed generation in Poland. J. Chodkowska-miszczuk. Moravian geographical reports. 2014. Vol. 22. pp. 34—43.
4. ТЭК России - 2015. URL: http://ac.gov.ru/files/publication/a/9162.pdf (дата обращения 05.07.2017).
5. Презентация Минэнерго России «Итоги работы Минэнерго России и основные результаты функционирования ТЭК в 2016 году. Задачи на среднесрочную перспективу». URL: https://minenergo.gov.ru/node/7687 (дата обращения 05.07.2017).
6. Российский федеральный геологический фонд «Росгеолфонд». URL: www.rfgf.ru.
7. Энергетика регионов России. URL: http://energybase.ru/region (дата обращения 05.07.2017).
© О.В. Афанасьева, А.А. Галькеева, А.Р. Вафин, Г.Р. Мингалеева Авторы публикации
Афанасьева Ольга Валерьевна - канд. техн. наук, начальник Отдела инноваций и международного сотрудничества Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). E-mail: eccolga@mail.ru
Галькеева Айгуль Ахтамовна - инженер Отдела инноваций и международного сотрудничества Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ).
Вафин Артем Ринатович - аспирант кафедры «Энергетическое машиностроение» (ЭМ) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ).
Мингалеева Гузель Рашидовна - д-р техн. наук, зав. кафедрой «Энергетическое машиностроение» (ЭМ) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ).
References
1. Recommendations of the round table on the topic: «Distributed energy as an important direction of modern energy development». URL: http://www.komitet2-13.km.duma.gov.ru/Rekomendacii-po-itogam-meropriyatij/item/221570/.
2. Kosmadakis G. Renewable and conventional electricity generation systems: technologies and diversity of energy systems renewable energy governance. G. Kosmadakis, S. Karellas, E. Kakaras. Lecture Notes in Energy 23. pp 9-30. DOI: 10.1007/978-1-4471-5595-9_2.
3. Chodkowska-miszczuk, J. Small-scale renewable energy systems in the development of distributed generation in Poland. J. Chodkowska-miszczuk. Moravian geographical reports. 2014. Vol. 22. pp. 34—43.
4. Fuel and energy complex of Russia - 2015. URL: http://ac.gov.ru/files/publication/a79162.pdf.
5. Presentation of the Ministry of Energy of Russia «Results of the work of the Ministry of Energy of Russia and the main results of the functioning of the fuel and energy complex in 2016. Challenges for the medium term. URL: https://minenergo.gov.ru/node/7687.
6. Russian Federal Geological Foundation «Rosgeolfond». URL: www.rfgf.ru.
7. Energy of Russian regions URL: http://energybase.ru/region.
Authors of the publication Olga V. Afanaseva - Cand. Sci. (Techn.), Head of innovation and international communication department. Aygul A. Galkeeva - engineer of innovation and international communication department. Artem R. Vafin - postgraduate of faculty of Power engineering. GuzelR. Mingaleeva - Dr. Sci. (Techn), Chairholder of Power engineering.
Поступила в редакцию 12 сентября 2017 г.
