CC BY
60
УДК 620.92
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ГЕНЕРАЦИИ В АМУРСКОЙ ОБЛАСТИ КАК ТЕРРИТОРИИ С ИЗОЛИРОВАННЫМИ ПОТРЕБИТЕЛЯМИ
© С.Г. Романов1, Н.В. Савина2
Амурский государственный университет,
6750027, Россия, г. Благовещенск, Игнатьевское шоссе, 21.
Дана оценка современного состояния проблем распределенной генерации. Проведен анализ возможности применения распределенной генерации в Амурской области. Рассмотрены применяемые в мировой практике источники распределенной генерации. Приведены примеры изолированных потребителей с учетом местных особенностей. Предложено использование малой энергетики не только в качестве инструмента для экономии топливно -энергетических ресурсов, а также для повышения энергоэффективности объектов ЖКХ. Ил. 4. Библиогр. 5 назв.
Ключевые слова: распределенная генерация; малая генерация; централизованное энергоснабжение; вопросы эксплуатации; энергосбережение; энергоэффективность; использование в системе ЖКХ.
CURRENT STATUS OF DISTRIBUTED GENERATION ISSUES IN AMUR REGION AS TERRITORY WITH ISOLATED
CONSUMERS
S.G. Romanov, N.V. Savina
Amur State University,
21 Ignatyevskoe Shosse, Blagoveshchensk, 675000, Russia.
The article assesses the current state of distributed generation problems, analyzes the possibility of using the distributed generation in the Amur region and discusses the global experience in using the sources of distributed generation. It also gives the examples of isolated consumers considering local features and proposes to use small generators as tools for saving energy resources as well as for improving energy efficiency of housing facilities. 4 figures. 5 sources.
Key words: distributed generation; small generation; centralized power supply; exploitation issues; energy saving; energy efficiency; use in housing and utilities system.
В период индустриализации в СССР электрификация стала приоритетной задачей. 22 декабря 1920 года 8 Всероссийский Съезд Советов одобрил план электрификации страны - ГОЭЛРО, согласно которому за 10-15 лет объем мощности энергосистемы страны должен был увеличиться в четыре раза. Одно из центральных мест в плане занимала малая (распределенная) энергетика. Так, в 40-50 гг. XX в. получило широкое распространение использование малых ТЭЦ с турбинами единичной мощностью 0,5-6 МВт, а всего за 30 лет в СССР было построено около 7 тыс. малых ГЭС и десятки тысяч ветроустановок единичной мощностью до 100 кВт. По современной международной классификации принято считать распределенной генерацию, присоединенную к распределительной сети на среднем и низком уровнях напряжения. Генерация, присоединенная к распределительной сети на высоком напряжении, включая крупные ветропарки, в эту классификацию не входит.
На сегодняшний день до 70% территории России не охвачено централизованным электроснабжением. Это регионы с малой плотностью населения, суровыми климатическими условиями, тяжелыми и дорогими условиями доставки грузов. К таким регионам относится и Амурская область, где централизованным энергоснабжением охвачено 75-80% территории [1].
Схема Амурского топливно-энергетического комплекса (ТЭК) представлена на рис. 1.
На схеме достаточно хорошо видны «белые пятна» в северной части области. Данная ситуация характерна для всего Дальневосточного региона, так как практически все энергоснабжение сосредоточено вдоль российско-китайской границы. Проблема ликвидации «белых пятен» на территории Российской Федерации, в частности на Дальнем Востоке, предполагает максимальное использование местных источников топлива: как альтернативных, так и возобновляемых видов.
Энергетические системы на основе распределенной генерации за последние 20 лет во всем мире приобретают особую актуальность с учетом растущих требований к уровню энергосбережения и энергетической эффективности, а также к снижению энергетической составляющей в себестоимости продукции, являясь на сегодняшний день наиболее реальной альтернативой традиционным централизованным энергетическим сетям. Распределенная генерация оказывается исключительно удобной во множестве случаев. К примеру, при разработке месторождений полезных ископаемых приходится решать вопросы утилизации огромного количества попутного газа [2], так как в регионах добычи нет возможностей ни для его транспор-
1 Романов Сергей Григорьевич, магистрант, тел.: 89143891911, e-mail: bigtsar@inbox.ru Romanov Sergei, Master's Degree student, tel.: 89143891911, e-mail: bigtsar@inbox.ru
2Савина Наталья Викторовна, доктор технических наук, профессор кафедры энергетики, тел.: 89246774430. Savina Natalia, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Power Engineering, tel.: 89246774430.
тировки, ни для переработки. Использование малой энергетики позволяет извлечь экономическую выгоду и сберечь окружающую среду. Там, где нет централизованных сетей, электроэнергия и тепло, полученные при переработке вторичных ресурсов, могут быть использованы на самих месторождениях. А в случае близкого расположения экономически развитого региона или наличия сетевой инфраструктуры, соединяющей район месторождений с населенными районами, месторождения могут стать огромной электростанцией [3]. К примеру, попутный газ способен превратить нефтяные поля Техаса в электростанцию мощностью 400 МВт.
Кроме того, имеет большое значение снижение
экологической загрязненности территорий, где работает малая генерация. Уже не секрет, что производство и транспорт электроэнергии на большие расстояния сопровождается негативным воздействием на окружающую среду. Как видно из рис. 2, более 47% промышленности Амурской области - это предприятия ТЭК, которые оказывают влияние на окружающую среду по всем параметрам [1].
На рис. 3 показано процентное соотношение негативного влияния отраслей ТЭК на экологическую ситуацию региона. К предприятиям энергетики с наибольшей долей в образовании отходов относятся: Благовещенская ТЭЦ, Райчихинская ГРЭС и многочисленные котельные.
Рис. 1. Карта-схема ТЭК Амурской области
Прочие отрасли промышленности 47,5%
Электротеплоэнергетика 47,9%
Угольная промышленность 4,6%
Рис. 2. Составляющие части промышленности Амурской области
Рис. 3. Вклад отраслей ТЭК в воздействие на элементы природной среды
Эта проблема также может быть решена с помощью распределенной генерации на основе реконструкции существующего котельного оборудования малой мощности. Решением правительственной комиссии по высоким технологиям и инновациям (Протокол от 01.04.2011 № 2, В.В. Путин) утвержден перечень технологических платформ, в том числе технологическая платформа «Малая распределенная энергетика», одна из концепций которой - запрет на строительство новых котельных, а действующие, в случаях невозможности полного от них отказа, следует реконструировать с применением новых технологий. По состоянию на начало отопительного сезона 2013-2014 гг. в Амурской области требуется реконструкция 85% котельного оборудования.
Необходимо отметить, что существенный вклад в состояние водных систем вносят и гидроэлектростанции: как отрицательный, так и положительный. С одной стороны, плотины ГЭС и водохранилища затрудняют миграционные пути животных, рыб; водохранилища влияют на увеличение образования туманов и их повторяемости; в водах водохранилищ при подтоплении увеличивается содержание взвешенной и растворенной органики и фенолов. Однако, с другой стороны, плотины гидроэлектростанций позволяют сглаживать уровни воды в период многоводья и предохраняют нижележащие населенные пункты от подтоплений. С вводом в работу Бурейской ГЭС сальдо-перетоки мощности в энергосистеме Амурской области приняли только положительные значения, а решения, принятые правительством РФ после наводнения 2013 г. в части строительства еще двух гидростанций, выведут Амурскую область на уровень энергогаранта всего Дальневосточного региона и части северного Китая.
Отмечаемое нами влияние отраслей ТЭК на экологию энергонасыщенных регионов РФ и Амурской области в том числе, значительный рост тарифов сетевых компаний на услуги по передаче энергии и мощности, а также платежей за перерасход и недоиспользование заявленной мощности [4] и снижение качества электроэнергии, по причине частых отказов изношенного оборудования сетей, становятся стимуляторами отказа от покупки электроэнергии у центра-
лизованных крупных продавцов и отправной точкой развития собственной малой генерации, образования изолированного потребителя.
На территории Амурской области к изолированным можно отнести предприятия минерально-сырьевого комплекса, по роду своей деятельности удаленных от центров питания и разрозненных на больших территориях. В качестве примера такого потребителя возьмем ОАО «Артель старателей Ниман». Место расположения данного потребителя в северозападной части Хабаровского края, поселок Софийск. Энергоснабжение осуществляется по единственной одноцепной ВЛ 35 кВ со стороны энергосистемы Амурской области от ПС Огоджа. Протяженность ВЛ, проложенной по заболоченным местам дальневосточной тайги и участкам вечной мерзлоты, более 140 км. Техническая возможность улучшения сложившейся ситуации полностью отсутствует, что сказывается на надежности электроснабжения как предприятия, так и самого поселка с его социальной инфраструктурой. Недостаток объемов энергоснабжения потребитель вынужден компенсировать собственными крупными дизельными электростанциями, общей мощностью 7 МВт. Также в эту классификацию попадает целый кластер предприятий, обслуживающих транспорт нефти и газа. Отдельно нужно отметить космодром «Восточный», энергонезависимость которого - первостепенная задача.
На сегодняшний день в России можно выделить три категории генерирующих мощностей, которые попадают под широкое определение распределенной генерации, то есть генерации вблизи источников потребления или непосредственно на их территории. Ими являются так называемые блок-станции, принадлежащие или арендуемые промышленными предприятиями, теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) в населенных пунктах и объекты малой и средней генерации, строительство которых конечными потребителями в последнее время стало приобретать все более значимый масштаб.
На рис. 4 представлена блок-схема состава источников распределенной генерации. Основные технические параметры источников распределенной генерации приведены в таблице. Данная таблица
наглядно представляет все достоинства и недостатки источников, о которых необходимо упомянуть с привязкой к местным условиям ДВФО и Амурской области в частности. Применение принципа когенерации значительно повышает КПД всей установки в целом. К примеру, КПД топливных элементов с учетом использования выделяемого тепла возрастает до 80%.
Одной из главных и на сегодняшний день основных проблем развития малой энергетики является стоимостная составляющая импортного оборудования и отсутствие собственного производства элементной базы для распределенной генерации. Так, по данным аналитиков Энергетического Центра Московской школы управления СКОЛКОВО Нюшлосс Д. и Ряпина И., таможенные ввозные пошлины на малые паровые турбины мощностью до 40 Мегаватт и малые гидравлические турбины до 10 Мегаватт составляют 15% от таможенной стоимости ввозимого оборудования.
Заведующий лабораторией проблем энергосбережения Объединенного института высоких температур РАН Зайченко В. в своем выступлении на конференции «Энергоэффективность и энергосберегающие технологии в России» обратил внимание на то, что для развития распределенной энергетики в России назрела необходимость разработки своих собственных технологий, конкурентоспособных по отношению к существующим, базирующихся на использовании ископаемых видов топлива. Эксперт указал, что ориен-
тация на бюджетное финансирование привела к резкому падению разработок в данной области. При этом, по его мнению, опыт таких европейских стран, как Болгария и Дания, не применим в России.
Докладчик отметил, что газопоршневые электростанции на природном газе имеют в России лучшие, по сравнению с другими методами получения энергии, финансово-экономические показатели, и призвал наладить промышленное производство электростанций и мини-ТЭЦ на базе газопоршневых двигателей. По этому поводу необходимо отметить, что производство парогенераторов малой мощности в РФ было отлажено еще в 40-50 годы прошлого века, но новые рыночные принципы современных предпринимателей полностью уничтожили эту отрасль. К примеру, в Амурской области не так давно существовал завод «Амурсельмаш», выпускавший котлы и парообразователи малой мощности для нужд сельского хозяйства 17 стран. Данное оборудование при небольшой до-укомплектации могло использоваться как мини-ТЭЦ с КПД не менее 75%. На сегодняшний день территория завода представляет собой большую свалку металлолома, а производственные помещения арендуются мелкими предпринимателями. Подобная ситуация характерна для всей территории России.
Для максимально полной оценки состояния распределенной генерации рассмотрим еще ряд немаловажных проблем.
Рис. 4. Виды источников распределенной генерации
Основные параметры источников распределенной генерации
Тип установки Дизельные генераторы Газотурбинные установки Газопоршневые установки Солнечные установки Ветро-генераторы Топливные элементы
Топливо Продукты переработки нефти Природный и биогаз Природный и биогаз Энергия солнечного света Энергия ветра Катализатор-ное окисление водорода
Возможность работы по графику Возможно Возможно Возможно Ограничено Ограничено Ограничено
Возможность регулирования Высокая Высокая Высокая Низкая Низкая Низкая
Возможность применения в регионе Широко применяются Малая (нет ископаемого газа) Малая (нет ископаемого газа) Средняя Средняя Не применяются (большая стоимость, в РФ нет технологий)
Возможность когенерации Есть, но незначительная Есть Есть Есть Нет Есть
Установленная мощность 0,00110МВт 0,001-30МВт 0,03-10 МВт 0,001-1 МВт 0,0012,5МВт 0,001-0,5 МВт
КПД 30-45% 30-45% 20-40% 6-20% 1-35% 40-60%
Тепловые электростанции, в том числе объекты распределенной генерации, относятся к опасным производственным объектам. В соответствии с Федеральным законом от 21.07.1997 №116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», к ним относятся объекты, на которых используются:
- воспламеняющиеся, горючие, взрывчатые вещества;
- оборудование, работающее под давлением более 0,07 МПа;
- оборудование, работающее при температуре нагрева воды более 115оС.
В связи с этим оборудование, применяемое на объектах распределенной генерации (газотурбинные установки, паровые турбины, дизель-генераторы), подлежит обязательной сертификации для подтверждения соответствия требованиям технического регламента «О безопасности машин и оборудования» (утвержден постановлением правительства РФ от
15.09.2009 №753). Приказом Росстандарта от
20.08.2010 №3108 утвержден перечень стандартов, в результате применения которых на добровольной основе обеспечивается соблюдение требований указанного технического регламента.
Кроме того, для эксплуатации объекта распределенной генерации, как правило, требуются лицензии на осуществление таких видов деятельности, как эксплуатация взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектов (в соответствии с Федеральным законом от 04.05.2011 №99-ФЗ) и, как явное следствие, - квалифицированный персонал. На
сегодняшний день такого персонала в нашем регионе нет.
Следующий сложный момент возникает при желании подключить имеющийся источник генерации в централизованную сеть. Здесь сталкиваются интересы потребителя и Системного оператора - органа, контролирующего условия соблюдения режимов сетевой организации как транспортировщика.
Технологическое присоединение осуществляется в соответствии с Правилами технологического присоединения энергопринимающих устройств потребителей электрической энергии, объектов по производству электрической энергии, а также объектов электросетевого хозяйства, принадлежащих сетевым организациям и иным лицам, к электрическим сетям (утв. постановлением правительства РФ от 27.12.2004 №861). Здесь возникает препятствие: необходимость выполнять технические условия для присоединения к сети, выдвигаемые сетевыми компаниями. Требования по установке устройств релейной защиты и автоматики, противоаварийного управления, а иногда и усиления других, непосредственно не присоединенных элементов сети, полностью находятся в компетенции сетевой компании и структур Системного оператора, которые должны эти технические условия согласовывать.
Распределенная генерация - это, как правило, новое оборудование, импортированное из-за рубежа, с новыми динамическими характеристиками и возможностями управления. Для Дальневосточного региона поставки такого оборудования осуществляются из Китая, в связи с чем не однозначно его влияние на качество электроэнергии по уровням напряжений, а
также на генерацию высших гармоник в системе.
Как уже известно из практики, подключение источников распределенной генерации к распределительной сети увеличивает токи короткого замыкания, что может потребовать замены коммутационных аппаратов, изменения настроек защит и др. Соответственно, появление в сети дополнительного оборудования усложняет оперативно-диспетчерское управление, а также систему релейной защиты и автоматики, проти-воаварийного управления. Многие из этих функций переходят к распределительным сетям, где вероятно отсутствие персонала, способного с этим справиться.
Суммарно все выше перечисленные требования могут означать очень существенные капиталовложения, которые в состоянии уничтожить экономическую целесообразность объекта распределенной генерации или, по крайней мере, существенно ее уменьшить. Споры о необходимости того или иного элемента, требуемого в технических условиях, могут затягиваться на годы, а объединение элементов генерации в сеть будет возможно только при серьезном развитии в регионе «разумных» сетей, микропроцессорного контроля режимов и прямой связи с производителями элементной базы для максимально быстрого реагирования на происходящие изменения.
Рассмотрев выявленные положительные и отри-
цательные стороны возможного применения распределенной генерации в Амурской области, можно сделать следующие выводы:
1. По состоянию на сегодняшний день внедрение распределенной генерации, как звена единой энергосистемы в рассматриваем регионе, не имеет смысла.
2. Только комплексное решение объективных и субъективных сторон технических вопросов интеграции объектов распределенной генерации в распределительные сети позволит содействовать дальнейшему интенсивному, эффективному и масштабному внедрению объектов распределенной генерации.
3. Учитывая энергоизбыточность Амурской области, применение распределенной генерации на ее территории возможно лишь как инструмент для экономии топливно-энергетических ресурсов во исполнение действующего законодательства [4] в части повышения энергоэффективности производства, и как следствие - уменьшение затрат небольших производителей, снижение стоимости продукции, а также энерготарифов основных монополий.
4. Применение малой энергетики в структурах ЖКХ является перспективным направлением для повышения надежности энергоснабжения объектов обеспечения жизнедеятельности.
Статья поступила 17.09.2014 г.
Библиографический список
1. Стратегия развития топливно-энергетического комплекса Амурской области до 2010 г. и на перспективу до 2030 г. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2008. 124 с.
2. Абрамович Б.Н., Турышева А.В. Эффективное энергоиспользование попутного нефтяного газа // XXXIX Неделя науки СПбГПУ: материалы международной научно-практической конференции. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2010. Ч. 2. С. 60-62.
3. Абрамович Б.Н., Сычев Ю.А., Устинов Д.А. Интеллектуальная энергосистема предприятий минерально-сырьевого комплекса: материалы X Международной конференции «Новые идеи в науках о земле», 12-15 апреля 2011 г. М.: Изд-во РГГРУ, 2011. Т. 2. 202 с.
4. Постановление правительства РФ № 442 от 02.05.2012 «Основные положения функционирования розничных рынков электрической энергии».
УДК 621.3.051.025
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ РЕКОНСТРУКЦИИ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ НА ПРИМЕРЕ ЭЛЕКТРОСЕТЕВОГО КОМПЛЕКСА г. ЗЕИ
© Н.В. Савина1, А.Е. Рыбак2
Амурский государственный университет,
675000, Россия, Амурская область, г. Благовещенск, Игнатьевское шоссе, 21.
В любой распределительной электрической сети существует необходимость снижения потерь электроэнергии. Проведение реконструкции, направленной на приведение электрических сетей в нормативное техническое состояние, не только повысит надежность и качество, оптимизирует схемы электроснабжения потребителей, уменьшит ремонтно-эксплуатационные затраты, но также заметно снизит потери и увеличит объемы реализации электроэнергии.
Ил. 1. Табл. 2. Библиогр. 5 назв.
Ключевые слова: распределительные электрические сети; потери электроэнергии; оценка эффективности реконструкции сети.
1Савина Наталья Викторовна, доктор технических наук, профессор кафедры энергетики, тел. 89246774430. Savina Natalia, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Power Engineering, tel.: 89246774430.
2Рыбак Антон Евгеньевич, магистрант, тел.: 89145553510, e-mail: rae@amur.drsk.ru Rybak Anton, Masters Degree student, tel.: 89145553510, e-mail: rae@amur.drsk.ru
