CC BY
7Â ОЛ OP O^ÎÀ^ 'KOi OM È KA водород o6eone-iy;èi;i сооружений, л^О^ОУ
HYDROGEN ECONOMY Hydrogen for providing buildings, structures and housses with energy
РЕГУЛИРУЮЩИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ НА БАЗЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ГЕНЕРАТОРОВ И ФОРМИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИАЛЬНОЙ ВОДОРОДНОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ
А. Я. Столяревский1 , В. А. Хуснутдинов2 , М. А. Касаткин3
Members of the International Editorial Board
1 РНЦ «Курчатовский институт», г. Москва Тел.: (495) 19 65 319; факс: (495) 19 64 977
2 Дирекция строящихся плавучих атомных теплоэлектростанций концерна «Росэнергоатом», г. Москва
Тел.: (495) 660 72 45
3ФГУП «ЦНИИ СЭТ», г. Санкт-Петербург Тел.: (812) 389-7603; факс (812) 389-0137
Столяревский Анатолий Яковлевич
Сведения об авторе: с 1991 г. — директор Центра комплексного развития технологий и энерготехнологических систем (КОРТЕС), кандидат техн. наук (1982 г.).
Образование: факультет «Двигатели летательных аппаратов» МАИ (1973 г.), специальность «Космические энергоустановки».
Профессиональный опыт: с 1973 г. по настоящее время работает в Институте атомной энергии им. И. В. Курчатова (с 1992 г. — РНЦ «Курчатовский институт»); 1979 г. — начальник группы; с 1982 г. — начальник лаборатории энерготехнологических систем, член Международной ассоциации по водородной энергетике; с 1986 г. — директор советско-германского проекта атомной энерготехнологической станции с ВТГР; с 1991 г. — вице-президент Российского энерготехнологического конгресса.
Публикации: более 100 статей и докладов, свыше 30 патентов на изобретения (ядерная энергетика, преобразование энергии).
Сведения об авторе: кандидат техн. наук, начальник отдела инвестиций и корпоративных отношений дирекции строящихся плавучих атомных теплоэлектростанций концерна «Росэнергоатом».
Образование: Военный инженерный институт им. А. Ф. Можайского (1979 г.), адъюнктура (1987 г.).
Область научных интересов: неравновесная термодинамика, энергетические установки, энерготехнологические комплексы.
Публикации: около 15 работ.
Касаткин Михаил Алексеевич
Сведения об авторе: главный специалист направле ния водородной энергетики ФГУП «ЦНИИ СЭТ», помощник генерального директора ООО «Научно-производственный центр «Топливные элементы и водородная энергетика».
Образование: Военный инженерный институт им. А. Ф. Можайского (1979 г.), военный инженер-механик по специальности «Летательные аппараты»; Московский финансовый институт; военные курсы экономического планирования промышленных предприятий (1991 г.).
Область научных интересов: технологии производства топливных элементов, системы хранения и генерации водорода, энергетические установки на топливных элементах, экономические аспекты применения альтернативных энергосистем.
Публикации: 3 статьи.
Хуснутдинов Вениамин Алексеевич
Статья поступила в редакцию 29.09.2006 г.
The article has entered in publishing office 29.09.2006.
Number of strategic tasks for the period of transition to hydrogen economy includes creation of basic elements of a distributive and consumer hydrogen infrastructure, nuclear-hydrogen power complexes working in structure of traditional systems of power supply. Such complexes can be generated, for example, in the distributed systems of generation electrical and thermal energy, providing increase of reliability, maintenance of operative technological reserves of capacity, regulation of load modes.
For maintenance of a necessary level of loading of a nuclear-hydrogen complex of average capacity intended for simultaneous manufacture to the electric power and hydrogen, in parallel to its construction the infrastructure with consumption 100-500 thousand tons of hydrogen per one year should be created.
The inclusion in structure of a territorial hydrogen infrastructure of means of the distributed generation electrical and thermal energy adjusted of loading capacities and stores of hydrogen will allow to expand power supply system opportunities in a part of load modes regulation and reservation demand.
Введение
Реализация национальных программ развития водородной энергетики большинства развитых стран происходит всевозрастающими темпами. Технологической основой производственной базы водородного топливного цикла и перехода к водородной экономике могут стать атомные электростанции (АЭС) с использованием высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов (ВТГР) [1]. Их создание и начало промышленного использования планируются в 2015-2020 гг.
В число стратегических задач на период перехода к водородной экономике входит создание основных элементов распределительной и потребительской водородной инфраструктуры, опытно-промышленных водородных энергетических комплексов, работающих в составе традиционных систем энергоснабжения. Такие комплексы могут быть сформированы, например, в распределенных системах генерации электрической и тепловой энергии [2], обеспечивая увеличение надежности, поддержание оперативных технологических резервов мощности, регулирование нагрузочных режимов.
Для обеспечения необходимого уровня загрузки одного опытно-промышленного энергоблока ВТГР — АЭС средней мощности, предназначенного для одновременного производства электроэнергии и водорода, параллельно его строительству должна быть создана инфраструктура с потреблением 100-500 тыс. т водорода в год.
Включение в состав территориальной водородной инфраструктуры средств распределенной генерации электрической и тепловой энергии, регулируемых нагрузочных мощностей и накопителей водорода позволит расширить возможности системы энергоснабжения в части регулирования режимов и резервирования.
Основным источником инвестиций в создание территориальных водородных энергетических комплексов (ТВЭК) должны стать средства федеральной целевой программы развития водородной энергетики. Такая программа, несомненно, должна быть сформирована в России, как в большинстве развитых стран мира. В качестве источников инвестиций в создание распределенных систем генерации на базе водородных энер-
гетических установок (ЭУ) могут быть дополнительно использованы средства на покрытие следующих затрат:
- поддержание резервов мощности;
- обеспечение гарантированного энергоснабжения;
- регулирование режимов в распределительной сети;
- инвестиции в проекты по замещению природного газа в топливном балансе;
- инвестиции в развитие возобновляемых источников энергии;
- компенсации за сокращение выбросов парниковых газов.
В статье представлена регулирующая энергетическая установка (РЭУ) на базе электрохимического генератора (ЭХГ) с твердополимерны-ми топливными элементами (ТЭ), включающая хранилище водорода, а также электролизер. Последний используется не только как источник водорода, но и как регулируемая электрическая нагрузка в распределенной системе электроснабжения. ЭХГ и электролизер являются источниками тепла в распределенной системе горячего водоснабжения (ГВС).
Обоснование технико-экономических характеристик РЭУ с ЭХГ должно быть выполнено применительно к их использованию в составе ТВЭК, интегрированного в состав существующих традиционных систем энергоснабжения и включающего несколько РЭУ с ЭХГ, объединенных транс-портно-распределительной трубопроводной сетью, а также централизованный источник водорода.
1. Регулирование режимов в распределительных электрических сетях систем коммунального и промышленного электроснабжения
Технико-экономические характеристики инвестиционных проектов по строительству объектов энергоснабжения в очень большой степени зависят от режимов потребления, требований к надежности и связанных с ними ограничений.
При создании объектов распределенных систем энергоснабжения источники энергии максимальным образом приближаются к потребителям, что приводит к сокращению затрат на транспортировку, увеличению доли производителя энергоресурсов в общем объеме выручки от
реализации энергии, однако это требует дополнительных затрат на создание системных и локальных средств регулирования режимов производства — потребления энергии, оперативных технологических резервов.
В ходе нового строительства и реконструкции территорий комплексной застройки российских мегаполисов в первую очередь развиваются следующие группы энергопотребителей, относящихся к 1 и 2 категориям надежности электроснабжения и имеющих существенно неравномерные режимы потребления:
- жилые комплексы с объектами социальной инфраструктуры,
- офисные, торгово-развлекательные и спортивные центры,
- малые промышленные предприятия с односменным режимом работы.
Параметры присоединенной нагрузки (мощности) этих потребителей а именно, потребляемые мощности в периоды суточных максимумов и минимумов, N1 — утреннего, М2 — первого дневного, М4 — второго дневного, М4 — вечернего максимумов, М5 — ночного минимума, соотносятся с их установленной мощностью N в соответствии со следующим соотношением:
Ы1-5 = Ыуст ' Кодн ' Кэкспл ' К1-5 ' Кнед ' Ксез, (1)
где Кодн — коэффициент одновременности включения; Кэкспл — коэффициент эксплуатационной
готовности; К1, К2, К3, К4, К5 — коэффициенты участия в суточных максимумах (минимумах) — утреннем, первом и втором дневных, вечернем максимумах, ночном минимуме соответственно; Кнед — коэффициент неравномерности в недельном цикле, Ксез — коэффициент неравномерности в годовом цикле. Значения упомянутых коэффициентов подробно представлены в [3].
Для типового 9-этажного жилого здания общей площадью около 16000 м2:
К1 = 0,6-0,7;
К2 = 0,4-0,5;
К3 = 0,5-0,6;
К4 = 0,9-1,0;
К4 = 0,10-0,15;
КОДн = 0,°9-0,12;
Кэкспл = 0,80-0,95
К = 0,8-1,0 в зависимости от дня недели;
нед
Ксез = 0,6-1,0 в зависимости от месяца.
Из (1) следует, что отношение суточного минимума к суточному максимуму для жилого здания может достигать 0,05-0,1, а соотношение между летним ночным минимумом М5 и зимним вечерним максимумом М4 0,02-0,04. При таких нагрузочных режимах использование многих современных энергоагрегатов неэффективно или невозможно.
Коэффициенты использования установленной мощности (КИУМ), в данном случае разрешенной нагрузочной мощности потребителя, в
Таблица 1
Основные технические требования к РЭУ, предназначенной для выравнивания суточных нагрузочных режимов и резервного энергоснабжения микрорайона
на 10 тысяч жителей
Параметр Размерность Требование
Генерирующая мощность (ГМ) МВт Не менее 3,0
Диапазон регулирования ГМ % 0-100
Нагрузочная мощность (НМ) МВт Не менее 0,5
Диапазон регулирования НМ % 0-100
Эффективная емкость накопителя энергии (количество энергии, выдаваемой потребителю) кВт-ч Не менее 15000
Эффективный КПД аккумуляционного цикла Не менее 0,60 с учетом тепловой энергии, не менее 0,25 по электрической энергии
Время набора 50 и 100 % ГМ с Соответственно, 0,2 и 0,3
Время замещения основного источника в режиме системы гарантированного электроснабжения с Не более 0,1
Время приема 50 и 100 % НМ с Соответственно, 0,2 и 0,3
Рабочее напряжение по соединению с внешними источниками и потребителями кВ Варианты: 20, 10, 6
Габариты м В пределах транспортных габаритов 1СС: 6,058 (длина), 2,438 (высота), 2,591 (ширина)
Масса т Не более 12
Пожаровзрывобезопасность сооружения Класс Не ниже В 11 -а
Степень защиты электрооборудования по ГОСТ 1424-80 Класс Не ниже 1Р54
Автоматизация Полная
Ресурс: назначенный межремонтный, межрегламентный ч 200000 40000 10000
Таблица 2
Сопоставление проектных характеристик ЭУ с ТЭ модульной конструкции с требованиями технического задания
Значения
По ТЗ Достигнутые
Мощность, кВт 10,0 10,0
Тепловая мощность, кВт Не задана 14,0
Параметры электрической энергии:
напряжение, В 220,0 220
частота, Гц 50,0 50
Время запуска, с:
из горячего состояния при 5 °С 5,0 0,2
Количество вводов/выводов 200 200
Ресурс, ч:
назначенный 10000 200 000
межремонтный с доведением до 40 000
межрегламентный 30000-40000 10 000
Срок службы, лет 5 10
Водород, Водород,
Топливо конвертированное конвертированное
углеводородное углеводородное
топливо топливо
Кислород Кислород
Окислитель атмосферного атмосферного
воздуха воздуха
Температура окружающей среды, °С 5...40 -40.+40
КПД ЭХГ, %
по электрической энергии
по электрической и тепловой Не задан 0,35-0,48
энергии Не задан 85,0-0,90
Стоимость 1 кВт установленной
мощности при серийном 15000 15000
производстве в ценах на 2005 г., руб.
годовом цикле объектов электроснабжения микрорайона из 15 упомянутых типовых жилых зданий составляют:
- присоединенной нагрузки (к питающей ЛЭП-10 КВ) — 0,30-0,35,
- установленной мощности распределительных подстанций 10/0,4 КВ — 0,15-0,2.
При прогнозируемом на период до 2015 г. уровне тарифов достаточный уровень рентабельности инвестиций в строительство объектов электроснабжения достигается при КИУМ генерирующих мощностей не менее 0,60. Почти двукратная разница в потребном и фактическом уровнях КИУМ генерирующих и нагрузочных мощностей делает рентабельность инвестиций в создание источников энергоснабжения коммунальных потребителей крайне низкой.
Основная цель включения РЭУ в распределенные системы энергоснабжения - увеличение КИУМ с 0,30-0,35 до 0,60 и более, что соответствует срокам окупаемости инвестиций в создание электростанций и объектов электроснабжения 8-10 лет.
Согласно предварительным оценкам, основные технические характеристики РЭУ, предназначенных для выравнивания суточных нагрузочных режимов и резервного энергоснабжения упомянутого микрорайона в условиях зимнего максимума и обеспечивающих значение КИУМ внешнего источника электроснабжения не ме-
нее 0,6, должны соответствовать следующим требованиям (табл. 1).
2. Достижимые технические характеристики РЭУ с ЭХГ
Российские и иностранные разработчики ЭХГ с ТЭ имеют более чем тридцатилетний опыт создания и опытной эксплуатации таких установок. Сейчас в мире эксплуатируются сотни опытных ЭХГ мощностью от 0,01 до 300 кВт и более. Стоимость установленной мощности составляет 5-10 тыс. долл. США за 1 кВт. На сегодняшний день ни один производитель не предложил свою продукцию в промышленном масштабе, однако следует ожидать ее появления на рынке с 2010 г.
В России на сегодняшний день сложилось несколько групп предприятий, ведущих работы над созданием ЭХГ. В число ведущих входит кооперация ФГУ РНЦ «Курчатовский институт» (научный руководитель) и ФГУП «ЦНИИ СЭТ» (головной разработчик). Кооперация специализируется на создании ЭХГ для объектов распределенной энергетики, морского и автомобильного транспорта.
В рамках федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002-2006 гг. РНЦ «Курчатовский институт» и ФГУП «ЦНИИ СЭТ» ведут
Таблица 3
Некоторые характеристики основных типов РЭУ
Эффективный КПД (коэффициент Удельные затраты на создание
Тип РЭУ использования энергии) емкостью 1 кВтч с мощностью 1 кВт, долл.
аккумуляционного цикла
РЭУ с быстродействием до 0,1 с
РЭУ на базе сверхпроводящих индукционных накопителей (СПИН) Около 0,85 Свыше 200000
РЭУ на базе емкостных накопителей (ЕН) Около 0,85 Свыше 10000
РЭУ на базе электрохимических аккумуляторных батарей (АБ) Около 0,60 500-750
РЭУ с ЭХГ 0,25-0,40 (около 0,75 с утилизацией тепла) 750-1500
РЭУ с реверсивным ЭХГ /5/ 0,35-0,40 (около 0,80 с утилизацией тепла) 500-1000
Аккумулирующие электростанции и энергоагрегаты с быстродействием свыше 10 с
Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) Около 0,75 150-200
Теплоиспользующие аккумулирующие электростанции (ТАЭС) Около 0,40 (около 0,80) Около 500
Воздушные аккумулирующие энергоагрегаты Около 0,50 (около 0,80) Около 500
Механические аккумулирующие энергоагрегаты Около 0,60 Около 500
Пиковые энергоагрегаты с быстродействием свыше 10 с
Пиковые энергоагрегаты гидравлических электростанций (ГЭС) Нет Около 300 (условно)
Пиковые энергоагрегаты на базе газотурбинных ЭУ Нет Около 300 (условно)
работы по проекту «Разработка энергоустановок модульного типа на топливных элементах с твердополимерным электролитом с изготовлением и испытаниями энергоустановки мощностью до 10 кВт». Первый опытный образец энергоустановки в соответствии с контрактом появится в 2006 г., а промышленное производство планируется организовать в течение 3-5 лет. Разрабатываемая установка имеет технические характеристики, представленные в табл. 2.
По большинству технических характеристик разрабатываемая ФГУП «ЦНИИ СЭТ» ЭУ с ТЭ удовлетворяет требованиям для РЭУ с ЭХГ, изложенным в табл. 1, а требуемая установленная мощность может быть достигнута включением в состав ЭУ необходимого количества типовых модулей-батарей ТЭ. К 2010 г. возможно начать выпуск энергоустановок установленной мощностью до 5 МВт.
Состав основного оборудования типового электротеплогенератора (ЭТГ) с ТЭ (рис. 1) включает:
- батарею топливных элементов с обслуживающими системами;
- систему подготовки и подачи топлива, включая топливный процессор и систему генерации тепловой энергии;
- систему подготовки и подачи окислителя (воздуха), включая вентилятор (компрессор) и фильтр;
- систему взрыво- и пожаропредупреждения;
- систему преобразования и коммутации электроэнергии, включая преобразователь напряжения;
- систему управления, контроля и защиты.
Прототипом отечественного ЭТГ послужили
зарубежные разработки опытных образцов электротеплогенераторов. Совместная разработка ФГУП «ЦНИИ СЭТ» и ФГУ «РНЦ «Курчатовский институт» отечественной ЭУ с ТЭ модульной конструкции по своим характеристикам не уступает зарубежным, но имеет большие перспективы за счет снижения удельной себестоимости изготовления на 1 кВт мощности (рис. 2).
Адаптация такой ЭУ с ТЭ к условиям работы в составе территориального комплекса водородной инфраструктуры не представляет сложности и может быть выполнена по схемам, представленным на рис. 3 и 4.
В табл. 3 сопоставлены некоторые технико-экономические характеристики основных типов промышленных и опытно-промышленных РЭУ и аккумуляционных энергетических установок [4].
Из данных, приведенных в табл. 3, видно, что РЭУ с ЭХГ вполне конкурентны в своем классе энергоустановок. РЭУ на базе электрохимических аккумуляторных батарей (АБ) значительно проигрывают РЭУ с ЭХГ из-за малого ресурса (300-500 циклов) и сложности обеспечения
Рис.1. Пневмогидравлическая схема ЭУ с ТЭ модульного типа с конвертером углеводородного топлива и утилизацией тепла. Обозначения: БЭХГ — батарея электрохимического генератора; БТЭ — блок топливных элементов; Н — насос; ЭВ — электровентилятор; ПРЦ — топливный процессор; ЕК — емкость компенсационная; ТО — теплообменник; Ф — фильтр; К — клапан; КР — клапан редукционный; Б — баллон; НГ — нагнетатель; УВ — увлажнитель; ВО — влагоотделитель; МН — манометр; СМ — смеситель; СК — емкость сброса конденсата; БФ — емкость буферная; ОБ — обогреватель; РСО — реактор сероочистки; ЭЗ — электрозапал; ДГ — датчик горения; СО — датчик СО; Р — датчик давления; Т — датчик температуры; У — датчик уровня; ГВ — датчик концентрации водорода; ГК — датчик концентрации кислорода; РК—регулировочный клапан
Рис. 2. Современные энергоустановки на топливных элементах с конвертером природного газа: а — 5 кВт установка с ТЭ «ТйетИви Ковап» (Япония); б — 10 кВт установка с ТЭ, разрабатываемая ФГУП «ЦНИИ СЭТ»
б
а
условий в электросети для обеспечения полного цикла заряда-разряда. Удельные затраты на создание РЭУ с ЭХГ могут быть существенно снижены в случае использования реверсивных ЭХГ, устройство которых обеспечивает последовательное выполнение функций генератора или электролизера в единой электрохимической ячейке.
Эффективность использования РЭУ с ЭХГ в составе ТВЭК значительно повышается при утилизации тепловой энергии, например, для отопления и горячего водоснабжения.
Оценочные расчеты показывают, что в период после завершения реформирования электроэнергетики и жилищно-коммунального хозяйства стоимость теплоснабжения с использованием утилизационного тепла РЭУ с ЭХГ не будет превышать прогнозируемые среднерыночные тарифы на централизованное теплоснабжение в большинстве регионов РФ.
Значительная часть реализуемых программ строительства энергетических установок на базе водородных ТЭ находится в стадии проведения или завершения опытно-промышленной отработки [6]. Их перспективность в условиях западной экономики доказана практически.
Возможным путем включения таких установок в существующие системы энергоснабжения является создание РЭУ с ЭХГ с последующим развитием водородной инфраструктуры.
РЭУ с ЭХГ целесообразно использовать при следующих условиях:
- с утилизацией тепла, производством и круглогодичным потреблением тепловой энергии;
- при генерирующей мощности одной РЭУ 0,01-5,0 МВт;
- в составе территориального комплекса, включающего централизованный источник и хранилище водорода, а также от 5-6 до 300 РЭУ с ЭХГ общей мощностью 30 и более МВт, удаленных друг от друга на расстояние 0,1-3 км, с их взаимным резервированием как по электроэнергии, так и по водороду.
3. Структура, характеристики и порядок формирования ТВЭК на базе РЭУ с ЭХГ
ТВЭК входит в состав инженерной инфраструктуры территории комплексной застройки, рассчитанной на проживание 50-70 тысяч жителей, а также размещение 25-30 тысяч рабочих мест в составе промышленных предприятий, коммерческих, социальных, транспортных и коммунальных объектов. Общая площадь подлежащих строительству объектов составляет около 2 млн. м2. Площадь территории комплексной застройки — около 350 га с учетом территорий промышленных зон и зон отчуждения согласно градостроительным и санитарным нормам.
Условная схема ТВЭК представлена на рис. 4.
В состав ТВЭК входят:
- 5-300 РЭУ с ЭХГ;
- установка для централизованного производства водорода (УЦПВ), например, путем кон-
Рис. 3. Принципиальная схема подключения РЭУ с ЭХГ к объекту электротеплоснабжения
версии природного газа или угля, мощностью по товарному водороду 0,8-1,0 т/ч (исходя из конкретных условий привязки, на первом этапе возможно использование имеющейся газопроводной системы для применения РЭУ со встроенным блоком конверсии природного газа);
- централизованное хранилище водорода (ЦХВ) вместимостью 20-25 т;
- питающие и резервирующие линии электропередачи напряжением 6-20 кВ, объединяющие РЭУ с ЭХГ в единый комплекс общей протяженностью 20-25 км;
- трубопроводы для транспортировки водорода ЦХВ — РЭУ с ЭХГ общей протяженностью около 20 км;
- теплотрассы общей протяженностью 1520 км.
УЦПВ и ЦХВ должны быть удалены на безопасное расстояние от территории жилой застройки (по аналогии с АЗС).
Основные заданные технические характеристики ТВЭК представлены в табл. 4.
Формирование ТВЭК может производиться поэтапно, в составе единого плана развития инженерных сетей территории.
На первом этапе возможна установка отдельных автономных РЭУ с ЭХГ, имеющих взаимные связи по резервирующим линиям электропередач, с соотношением нагрузочной и генерирующей мощности 3:1. При таком соотношении
Рис. 4. Схема территориального водородного энергетического комплекса (ТВЭК)
Таблица 4
Заданные технические характеристики ТВЭК
Параметр
Генерирующая мощность (ГМ): по электроэнергии по тепловой энергии_
Нагрузочная мощность (НМ)
Емкость накопителя энергии (включая запас водорода в ЦХВ): по электроэнергии по тепловой энергии
Производительность УПЦВ по водороду: суточная почасовая
Обслуживающий персонал, количество
Ресурс назначенный
Размерность
МВт Гкал/ч
МВт
КВт-ч Гкал
т/сутки т/ч
шт.ед./смена
Характеристика
30-50 35-50
3,0-5,0
Около 500000 Около 300
Около 10 (16 - РЭУ с ЭХГ) Около 1,0
5
200000
мощностей достигается самообеспечение ЭХГ водородом.
На последующих этапах, по мере создания водородных газопроводов (реконструкции имеющихся газопроводов), централизованных источников водорода и подсоединения к ним нескольких РЭУ с ЭХГ, генерирующие мощности РЭУ будут постепенно наращиваться до оптимального уровня, составляющего около 5 МВт и подлежащего уточнению на стадии проектирования.
Включение ТВЭК в состав системы энергоснабжения территории обеспечит:
• снижение установленных мощностей - основного источника электроснабжения (электростанции), предназначенного для электроснабжения территории, не менее чем в 2 раза (с 70-80 до 45-40 МВт);
- основного источника теплоснабжения — не менее чем в 1,5 раза;
• увеличение КИУМ основного источника электроснабжения с 0,4 до 0,6;
• сокращение вредных выбросов в атмосферу не менее чем в 2 раза;
• увеличение надежности системы электро-и теплоснабжения территории не менее чем в 2 раза, в том числе обеспечение первой категории надежности электроснабжения.
4. Затраты на создание ТВЭК и источники инвестиций
Структура и характеристика затрат на создание ТВЭК в составе системы энергоснабжения территории комплексной застройки (с техническими характеристиками, согласно табл. 2) представлены в табл. 5 и 6. Затраты оценива-
Таблица 5
Структура и оценочные характеристики затрат на создание РЭУ с ЭХГ генерирующей мощностью 5 МВт (тыс. долл. без НДС)
Статья затрат Цена единицы, удельная цена Количество Затраты
Стандартное оборудование
Электролизер 0,8 за 1 КВт нагрузочной мощности 500 кВт 400
АСУТП 150 1 150
Инвертор-выпрямитель 100 1 100
Прочее 150 1 150
Нестандартное оборудование
ЭХГ с ТПТЭ 0,6 за 1 кВт на генерирующей мощности 5000 кВт 3000
Аккумулятор водорода 1100 на 1 т водорода 2 т водорода 2200
Система утилизации тепла 500 1 500
Прочее 700 1 700
Строительно-монтажные работы
Монтаж 300 1 300
ПНР 200 1 200
Проектные работы
ОКР 300 1 300
Проектирование 600 1 600
ИТОГО: 8600
ч
лись с учетом опытно-промышленного характера работ.
При внедрении автономных РЭУ с ЭХГ на первом этапе с генерирующей и нагрузочной мощностями около 0,20 и 0,50 МВт, соответственно (возможностью дальнейшего увеличения генерирующей мощности до 5 МВт) полные затраты составят около 5 млн. долл.
В случае создания опытно-промышленной серии затраты на создание одной РЭУ с генерирующей мощностью 5 МВт составят около 7,5 млн. долл., что соответствует около 1500 долл. за 1 кВт генерирующей мощности.
Использование в составе РЭУ реверсивных ЭХГ позволит снизить общие затраты до уровня менее 1000 долл. за 1 кВт генерирующей мощности.
Полные затраты на создание традиционной системы электроснабжения территории комплексной застройки с характеристиками, согласно данным, приведенным в разделе 3, составляют (оценочно) от 150 до 180 млн. долл., или 5-7 % общего объема капиталовложений в строительство из расчета 1300-1400 долл. за 1 кВт присоединенной мощности.
Покрытие затрат на создание инженерной и социальной инфраструктур территорий комплексной застройки обеспечивается, как правило, путем наложения дополнительных условий (обре-менений) в инвестиционный контракт либо включением этих затрат в подлежащую оплате стоимость земельного участка. Размер инвестиционных обременений в большинстве российских региональных центров составляет 10-30 %.
Для полного покрытия расходов на создание ТВЭК необходимо обеспечить целевое финансирование на уровне 50-60 % объема инвестиций в строительство систем электротеплоснабжения. При этом полная сумма обременений инвестора не возрастает.
Заключение и выводы
Для потребления 100 000 т водорода в год необходимо создание 5-6 ТВЭК с характеристиками согласно табл. 4, с последующим частичным переводом РЭУ с ЭХГ из режима регулирования в режим генерации в базовой части суточного графика производства/потребления электроэнергии.
РЭУ с ЭХГ в составе ТВЭК конкурентоспособны при новом строительстве и реконструкции существующих систем электро- и теплоснабжения с круглогодичным гарантированным потреблением тепловой энергии.
Уже сейчас возможно строительство ТВЭК в составе автономных систем электроснабжения для регулирования режимов и обеспечения совместимости источника электроснабжения и нагрузки.
Реализация программы создания ТВЭК позволит начать формирование инфраструктуры водородной энергетики и плавно перейти к широкому использованию экологически чистого и
Таблица 6
Структура и оценочные характеристики затрат на создание ТВЭК (млн. долл. без НДС)
Цена
Статья затрат Кол-во Затраты
Оборудование
ЭХГ-РЭУ 7,5 6 45
УЦПВ 5 1 5
ЦХВ 10 1 10
ЛЭП 0,2 за 1 км 25 км 5
Теплотрассы 0,2 за 1 км 20 км 4
Водородные газопроводы 0,4 за 1 км 20 км 8
Строительно-монтажные работы
Монтаж 6 1 6
ПНР 5 1 5
Проектные работы
ОКР 2 1 2
Проектирование 6 1 6
ИТОГО: 96
энергоемкого водорода в энергетике, промышленности, на транспорте и в быту.
Для осуществления программы потребуются меры государственной поддержки, которые должны помимо долевого финансирования включать стратегию развития водородной энергетики как составной части энергетической стратегии России [7], создание нормативно-правовой базы водородной энергетики, системы тарифного, налогового и инвестиционного регулирования на федеральном и региональном уровнях.
Список литературы
1. Пономарев-Степной Н. Н., Столярев-ский А. Я., Атомно-водородная энергетика: пути развития // Энергия. 2004. №1. С. 3-9.
2. Распределенные энергетические системы. http://bpcenergy.com/
3. Временная инструкция по расчету электрических нагрузок жилых зданий (РМ-2696-01), утверждена приказом Москомархитектуры № 32 от 31 июля 2001 г.
4. Столяревский А. Я., Аккумулирование ¡S вторичной энергии / / Атомно-водородная энер- ^ гетика и технология. Вып. 4. М.: Энергоиздат, | 1982. С. 60-125. |
5. Пат. 6811913 США. Универсальная ре- S версивная электрохимическая система. Рефера- g тивный журнал ВИНИТИ 05.10.022ф, 14п., | вып. 10, 2005. С. 2. !
6. Официальный сайт компании UTC Power. g http://www.utcpower.com/ 8
7. Распоряжение Правительства Российской 0 Федерации от 28 августа 2003 г. № 1234-р. «Энергетическая стратегия России на период до 2020 года».
