CC BY
40
УДК 911.3: 33
З. А. Атаев
ТОПОЛОГИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА ПСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ
Топоморфологический анализ энергетического пространства Псковской области свидетельствует, что половина площади региона проблемна в случае системной аварии в энергосистеме. Поэтому модель комбинирования разных схем энергоснабжения — это «давно забытое старое».
Развитие газотурбинных технологий определяет возможность формирования линейно-узловового и ареально-узлового типа локальных энергосистем, а использование возобновляемых источников энергии — ареального типа. Видовое многообразие генерации и энергоресурсов определяет рост надёжности энергоснабжения.
Основные направления комбинирования энергосистем могут быть представлены в качестве выводов к статье.
1. Наиболее малозаселённая часть сельской местности Псковской области ограничивает целесообразность расширения централизации. Локальная система выступает способом решения энергетических и социальных проблем населения.
2. В районах с высокой долей малолюдных поселений по причине износа сетей резко снижается надёжность энергообеспечения. Проблема может быть решена путём комбинирования локальной и централизованной энергосистемы.
3. В рекреационных и природоохранных зонах также применимы схемы комбинирования локальных и централизованных энергосистем.
4. Четвёртое направление перспективно для местностей по принципу «полюса роста». Схема локальной энергосистемы предусматривает эксплуатацию модуля малой генерации как неотъемлемой части централизованной системы. Это приводит к росту синергетических эффектов (эффект «домино»).
Ключевые слова: энергетическое пространство, тенденция централизации и децентрализации в электроэнергетике, централизованная энергосистема, локальные энергосистемы, местная энергосистема, малая энергетика, малая гидроэнергетика, системообразующие, питающие и распределительные электрические сети, циклические сети, ацикличная зона энергоснабжения, линейно-узловой, ареально-уз-ловой и ареальный тип развития локальных энергосистем.
Введение. Псковская область входит в состав Северо-Западного федерального округа России, граничит с Ленинградской, Новгородской, Тверской и Смоленской областями, Белоруссией, а также со странами Европейского Союза — Эстонией и Латвией (рис. 1). Таким образом, Псковская область — один из двух субъектов Российской Федерации, граничащий сразу с тремя государствами (второй такой субъект — Республика Алтай, граничащий с Казахстаном, Китаем и Монголией). Приграничное положение Псковской области является одним из существенных факторов, который предоставляет благоприятные возможности для реализации совместных проектов и производств.
Рис. 1. Транспортная система Псковской области (составлено на основе данных: [10-15])
Площадь территории Псковской области — 55,3 тыс. кв. км, в административно-территориальном отношении делится на 2 городских округа и 24 муниципальных района. В состав региона входит 2 города областного подчинения (Псков и Великие Луки), 12 городов районного подчинения и 14 посёлков городского типа. Современная численность населения в области составляет более 651,1 тыс. чел. (городское население 70,4 %), а плотность — 11,75 чел./кв. км (2015 г.). На протяжении всего XX в. в регионе наблюдалась депопуляция, ещё в 1926 г. численность населения в регионе составляла 1678 тыс. чел. Псковскую область можно назвать «центром российской депопуляции».
В области выделяют три группы отраслевых приоритетов развития: агропромышленный комплекс, туристский и транспортно-логистический комплекс [15]. Регион имеет преимущества благодаря приграничному положению, обладая прямым выходом на страны Балтии и европейские рынки. Перспективы развития региона лимитированы комплексом проблем, где энергетическую проблему можно выделить как одну из базовых.
Электроэнергетику, по мнению автора, можно рассматривать в качестве одного из самых «географичных» объектов исследования, что является следствием физической специфики электрической энергии: момент её производства-потребления должен синхронно совпадать. Отсюда следует жёсткая связь электроэнергетики и территории. Электроэнергетика — это «кровеносная система» территориальной организации общества, её зеркальный слепок. Обзору специфики отраслевого пространства приграничной Псковской области посвящена настоящая статья.
Электробаланс Псковской области. За период 2005-2010 гг. полезный отпуск электроэнергии потребителям возрастал на 2 % за год (табл. 1). За период 2015-2017 гг. прогнозируется годовой шаг роста в 1,5 %, а по мощности почти в 2 %. Существенными факторами, способствующими росту электропотребления являются: динамичное развитие новых направлений сферы услуг (строительство туристко-ре-креационных зон, торгово-досуговых центров, бизнес-центров и т. д.), развитие индустриальных парков и объектов сельского хозяйства.
Таблица 1
Динамика потребления электроэнергии за период 2005-2009 гг.
Структура потребления электроэнергии Электропотребление, млн кВт.ч
2005 г. 2006 г. 2007 г. 2008 г. 2009 г.
1. Сельское хозяйство, охота и лесное хозяйство 72,588 77,678 72,108 71,470 76,256
2. Добыча полезных ископаемых 1,023 1,067 1,038 1,030 0,905
3. Обрабатывающие производства 449,328 456,614 449,159 447,599 438,460
3.1. Машиностроение и металлообработка 164,322 164,368 160,660 159,697 152,842
3.2. Лёгкая промышленность 21,342 22,910 19,687 16,769 13,384
3.3. Пищевая промышленность 62,557 64,948 66,274 68,457 70,126
3.4. Другие промышленные производства 201,107 204,388 202,538 202,676 202,108
Окончание таблицы 1
Структура потребления электроэнергии Электропотребление, млн кВт.ч
2005 г. 2006 г. 2007 г. 2008 г. 2009 г.
4. Производство электроэнергии, газа и воды 68,171 68,543 66,374 65,567 64,216
5. Строительство 40,172 39,184 47,181 50,325 42,284
6. Транспорт и связь 88,164 82,934 79,550 80,980 78,350
7. Образование 25,845 26,513 26,823 27,419 27,212
8. Здравоохранение и предоставление социальных услуг 64,340 63,321 63,365 71,060 70,436
9. Предоставление прочих коммунальных, социальных и персональных услуг 77,588 75,123 77,840 76,629 77,528
10. Прочее 566,685 611,087 658,152 702,510 737,385
Прогноз в рамках ЕЭС России по Псковской области
Годы 2015 г. 2016 г. 2017 г.
Прогноз спроса на электроэнергию, в млн кВтч 2399 2438 2477
Прогноз спроса на мощность, в МВт 457 465 472
Использованы данные и таблица: [15].
Генерация. Псковская область представлена крупным генерирующим объектом (ОАО «ОГК-2» — Псковская ГРЭС мощностью 430 МВт). Электростанция расположена в региональной энергосистеме с высоким экспортным потенциалом, в непосредственной близости от энергосистем стран Балтии и Белоруссии (рис. 2). Загрузка электростанции обеспечивает техническую возможность экспортных поставок в энергосистемы Белоруссии и стран Балтии в силу расположения Псковской ГРЭС в электросети, обеспечивающей параллельную работу энергосистем указанных стран с ЕЭС России. В соответствии с перечисленными факторами, Псковская ГРЭС имеет перспективы стабильного спроса на электроэнергию. Среднегодовая выработка электроэнергии на ГРЭС находится в пределах до 2 млрд кВт-ч/год. В Пскове ранее функционировала ТЭЦ-18 (16 МВт), станция выведена из эксплуатации (2004 г.). На реках области имеются малые гидроэлектростанции с разной формой собственности и техническим состоянием (табл. 2, рис. 2).
Таблица 2
Потенциал малой гидроэнергетики Псковской области
Наименование ГЭС Информация об объекте малой гидроэнергетики
Действующие объекты малой гидроэнергетики
1. Максютинская малая ГЭС Введена в эксплуатацию в 1957 г. (1,52 МВт). ГЭС расположена на р. Великой, в районе д. Максютино Себежского района. По плотине проходит автомобильный мост. Собственность ЗАО «Норд Гидро»
2. Шильская малая ГЭС Введена в эксплуатацию в 1958 г. (1,52 МВт). ГЭС расположена на р. Великой у д. Шильское Опочецкого района. Собственность ЗАО «Норд Гидро»
Окончание таблицы 2
Заброшенные объекты малой гидроэнергетики
3. Поддубская мини ГЭС Введена в эксплуатацию в 1958 г. (0,22 МВт). Находится на р. Великой у д. Поддубье Пустошинского района. Собственность ЗАО «Норд Гидро», разрабатывается проект восстановления
4. Копылковская мини ГЭС Введена в эксплуатацию в 1960 г. (0,4 МВт). Находится на р. Великой у д. Копылок Пустошкинского района. Собственность ЗАО «Норд Гидро», разрабатывается проект восстановления
5. Рубиловская малая ГЭС Введена в эксплуатацию в 1961 г. (1 МВт). Находится на р. Утроя у д. Елины Островского района. Построена для обеспечения энергией близлежащих совхозов. После принятия решения, разрешающего подключение сельхозугодий к государственным электрическим сетям, в конце 1960-х гг. работа ГЭС была остановлена. На 2105 г. станция находится в разрушенном состоянии — отсутствует всё металлическое оборудование. Используется в качестве пешеходного моста. Собственность ЗАО «Норд Гидро», разрабатывается проект восстановления
6. Торошинская ГЭС Находится на впадении р. Псковицы в р. Пскову рядом с с. Тороши-но. Почти полностью разрушена. С автомобильного моста можно увидеть остов плотины и остов здания машинного зала. По словам очевидцев ГЭС была оборудована шандорной системой водоспуска
7. Красногород-ская ГЭС Введена в эксплуатацию в 1953 г. Находится на р. Синяя в посёлке Красногородск. Сегодня плотина выполняет функции пешеходного перехода. Была продана на аукционе в 2000-2006 гг. за 309 тыс. 750 руб. частному лицу. В администрации рассказали, что ГЭС последние несколько лет не работала. Победитель аукциона согласился с условиями договора и намерен возобновить производственную деятельность: восстановить здание, закупить оборудование, поднять уровень воды, пустить объект в действие
8. Большехрапская микро ГЭС Введена в эксплуатацию в 1950 г. (около 0,1 МВт). Находится на р. Шелонь у с. Большая Храпь Вязьевской волости Дедовичского района. Идея строительства ГЭС была выдвинута ещё в 1948 г. Строительство велось силами всех близлежащих колхозов Боль-шехрапского сельсовета для удовлетворения своих нужд в электричестве
9. Краснопорож-ская ГЭС Находится на р. Судома в районе д. Дубровочки Вязьевской волости Дедовичского района. Собственность ЗАО «Норд Гидро», разрабатывается проект восстановления. В настоящее время используется в качестве пешеходного моста, сохранились железные и бетонные элементы станции
Таблица составлена на основе данных [14-15].
■ ,, наЛ~ЭЦ Сланцы .на Кинисеп Т
И ,
- " Ленинградская область
^ Чудское озеро
на Тарту
V ♦
♦
ЭСТОНИЯ
"бое
ГПлюсса
"Новгородская область
^/■(ЩПсков ~~\лна Светлицы
' ЛП с КО \Порхову^\тлЯ^на Старую Руссу
Л.гТ
■ М I Остроа : / сК /
Г У /
: Ь - *
■уОлочкя .• ЛАТВИЯ \
* \
на Резекне *
Л
Псковская ГРЭС
Воронцово7
: Лот<
IнаДунаево
Тверская ^область
НовосокольникиТх
'ПС>
на Воробьи
)£иверст\
БЕЛАРУСЬ
на Полоцк
Границы: Электростанции:
— — государств ^ тепловые (ТЭС)
©
■ областей
областной центр
гидравлические
(ГЭС) теплоэлектроцентраль (ТЭЦ)
1 Смоленская обл.
(X) Подстанция 330 кВ о Подстанция 35-110 кВ
............. ЛЭП 330 кВ
- ЛЭП 35-110 кВ
Рис. 2. Электроэнергетика Псковской области (составлено на основе данных: [10-15]) Цифрами обозначены: 1 — Максютинская малая ГЭС (1,52 МВт, действующая); 2 — Шиль-ская малая ГЭС (1,52 МВт, действующая); 3 — Поддубская мини ГЭС (0,22 МВт, не действующая); 4 — Копылковская мини ГЭС (0,4 МВт, не действующая); 5 — Рубиловская малая ГЭС (1 МВт, не действующая); 6 — Торошинская ГЭС (не действующая); 7 — Красногород-ская ГЭС (не действующая); 8 — Большехрапская микро ГЭС (0,1 МВт, не действующая);
9 — Краснопорожская ГЭС (не действующая)
Сетевое хозяйство электроэнергетики региона представлено разнообразными инфраструктурными комплексами (табл. 3, рис. 2). Опорный каркас, или системообразующие ЛЭП (напряжением > 330 кВ) Псковской области представлено ПС-330 «Псков», «Великорецкая», «Новосокольники», «Псковская ГРЭС» и разветвлённой сетевой системой, имеющей международное значение. Внешние электросвязи Псковской области представлены в табл. 4.
Таблица 3
Электросетевые комплексы Псковской области (составлено на основе информации: [14-15])
Классификация электрических подстанций, ед.
Системообразующие подстанции Питающие подстанции Сумма
750 кВ 500 кВ 330 кВ 220 кВ 110 кВ 35 кВ 10(6) кВ 0,4 кВ
- - 4 - 100 70 Нет данных Нет данных 174
Износ трансформаторов «Г сковэнерго» эксплуатируется свыше нормативного срока
- - - - 82 % 56 % - -
Длина линий электрических передач, км **
- - 751,3 - 2160,8 1664,0 23111,1 16426,7 44113,9
Износ в сетях «Псковэнерго» эксплуатируется свыше нормативного срока
- - - - 25 % 60 % -
Примечание: Значком (*) отмечено, что сетевые комплексы напряжением > 330 кВ являются собственностью филиала ОАО «ФЭС ЕЭС» Новгородского предприятия магистральных и электрических сетей», а ЛЭП-110 кВ и ниже являются собственностью ОАО «Псковэнерго» филиала ОАО «МРСК Северо-Запада»; значком (**) отмечено, что в распределительных сетях учтён и потенциал кабельных сетей.
Таблица 4
Внешние электрические связи энергосистемы Псковской области (составлено на основе информации рис. 2)
Связь с энергосистемой Линия электрических передач (ЛЭП)
Системообразующие сети
Латвии ВЛ 330 кВ Резекне — Великорецкая Л-309
Белоруссии ВЛ 330 кВ Полоцк — Новосокольники Л-345
Эстонии ВЛ 330 кВ Псков — Тарту Л-358
Ленинградской области ВЛ 330 кВ Кингисепп — Псков Л-412
Новгородской области ВЛ 330 кВ Псковская ГРЭС — Старорусская Л-481
Питающие сети
Ленинградской области ВЛ-110 Светлая-2 — Холмская-1
Ленинградской области ВЛ-35 Заплюсная-1
Новгородской области ВЛ-110 Нелидовская-2
Питающий класс сетей состоит из ЛЭП и 170 ПС-110-35 кВ. Протяжённость воздушных линий 110 кВ составляет 2160,8 км, 35 кВ — 1664,0 км, воздушных и кабельных линий 10(6) кВ — 39537,8 км. Распределительные сети — это основа конфигурации локального энергетического пространства (0,4-6,0-10,0 кВ). Питающие
и распределительные сетевые комплексы обслуживается районными предприятиями электрических сетей ОАО «Псковэнерго» (филиал ОАО «МРСК Северо-Запада»).
Выводы по отраслевому разделу. Энергосистема Псковской области не обеспечивает собственные потребности, дефицит устойчиво нарастает до 0,5 млрд кВт-ч/ год; прогнозируем дальнейший износ и амортизацию основных фондов (свыше 60 %). В результате происходит рост энергетических барьеров для экономического развития. Ситуация провоцирует обострение проблемы надёжности энергоснабжения потребителей и необходимость топологического анализа зоны обслуживания региональной энергосистемы.
Методология топологического расчленения энергосистемы, выявление пространственного каркаса Псковской области, анализ уровня надёжности энергоснабжения
Морфологический анализ надёжности территориальной организации энергоснабжения базируется на положениях математической теории графов О. Оре [5], используется для организации управления режимами энергосистем [4; 6-7; 9]. Из этих работ заимствованы методы адаптации понятий теории графов к анализу энергетического пространства (рис. 3).
Пунсон «вершина» сети представлена энергетическим узлом в составе: электростанция / подстанция. «Ребро» электрической сети, или транспортный перегон, представлено линией электропередач между энергетическими узлами.
Для реализации географического подхода за основу анализа принята морфология питающего класса ЛЭП-35-110 кВ, а для структурирования сетевых образований использована предложенная С. А. Тарховым методика описания топологического строения сетей сухопутного транспорта и их морфологического расчленения на циклические ярусы [8, с. 47-53]. Полученные результаты анализа представлены в табл. 5 и рис. 4.
Рис. 3. Структурные элементы энергетического пространства: А — цикл, Б — ветвь-дерево [1, с. 34]
Таблица 5
Морфология и метрика циклов питающей электросети Псковской области
(35-110 кВ)
Морфология и метрика циклических питающих сетей Число циклов Выходы ЛЭП за пределы региона
Главный остов питающей электросети (ярус) 16 11
Рис. 4. Топоморфологические части питающих электросетей Псковской области
Из анализа рис. 4 вытекает, что первый топологический ярус ЛЭП формирует главный остов циклической сети, он выявлен круговым обходом вдоль внешней периферии всех циклов региональной энергосистемы (16 циклов), имеющие хотя бы одну общую вершину или ребро с внешней границей остова. Это ареал наибольшего освоения территории, оконтуривает зону относительно гарантированного энергообеспечения (сгущение циклов — вектор «сжатия пространства»). Начертание сетевых циклов отражает главные полосы развития региона с многофункциональными транспортными жгутами. Так, ЛЭП 110 кВ «лучами» расходятся от главных узлов генерации энергосистемы — ПС-330. Территориальные сочетания проявляются морфологическими образованиями в главном остове в форме сгущения циклов электросетей и их вытянутостью вдоль магистральных дорог федерального значения в меридиональном и широтном простирании (см. рис. 1, 4).
Вся сеть ЛЭП-35 кВ и частично ЛЭП-110 кВ энергосистемы работает в разомкнутом режиме, это ацикличная зона региона, что свидетельствует о низком уровне централизации и, априори — надежности энергосистемы. Тезис требует проверки на локальном уровне организации энергетического пространства, для этого использована методика выбора типа управляющей структуры электросетевыми комплексами энергосистемы (рис. 5).
1® 2® Ю 4— 5—
Рис. 5. Графы, отражающие типы и свойства управляющей структуры энергосистемы (использованы данные и схема из [9, с. 14]). Цифрами и буквами обозначены: 1-3 — энергетические узлы различной мощности и назначения (электростанция-подстанция); 4-5 — электрические сети разного класса и назначения; А — строго централизованный тип (очень высокая уязвимость энергосистемы); Б — централизованный тип (высокая уязвимость энергосистемы); В — иерархический тип (низкая уязвимость энергосистемы); Г — смешанный тип (очень низкая уязвимость энергосистемы)
Сопряжённый геосетевой анализ рис. 4-5 свидетельствует, что в зоне доминирования древовидных сетей характерен строго-централизованный тип управляющей структуры (рис. 5: А) с очень низкой надёжностью энергоснабжения, а это до половины площади региона. Следовательно, основная часть территории области, в случае возникновения аварии в энергосистеме (в т. ч. в соседних регионах), представляет собой ареал, подверженный инверсиям и обострению энергетических проблем по каскадному сценарию («эффект домино»).
Между тем, сама территория является субстратом не только возникновения проблемы, но и поиска путей её решения по принципу: хозяйствование есть постоянное пространственное моделирование.
Моделирование энергетического пространства Псковской области представляет собой взаимное дополнение вертикали пространства централизованной энергосистемы — горизонтальной интеграцией локальных энергосистем (рис. 6). В итоге может быть решена задача повышения надёжности энергоснабжения за счёт роста сложности морфологического типа управляющей структуры (рис. 5). В случае наращивания сети ЛЭП и роста числа циклов возрастает число топологических ярусов питающей сети. Тогда тип строго централизованной системы управления питающими сетями замещается на смешанный тип, главный остов почти достигает административных границ региона, а каркас энергосистемы приобретает условно двухуровневое построение.
Основу первого уровня энергетического пространства составляют циклы централизованной питающей сети. Второй уровень энергетического пространства — это множество территориально сочетающихся энергосистем (циклов) локального значения, ориентированных на энергоносители разной природы и имеющих связь с ОАО «Псковэнерго» посредством распределительной сети. На практике такое построение имеет следствием рост разнообразия: «Взаимное дополнение тенденций централизации и децентрализации энергосистем — это возможность увеличить реальное многообразие форм территориальной организации энергоснабжения и разнообразия выполняемых функций» [1, с. 28].
В такой модели локальная система может «замыкать» потребителей на местный сетевой цикл и свой потенциал малой генерации.
Конкретный выбор схемы взаимного дополнения уровней энергосистемы зависит от специфики содержания локалитета. В качестве генерирующей основы таких локальных энергосистем особые надежды возлагаются на строительство малых газотурбинных теплоэлектроцентралей (ГТУ-ТЭЦ). Для функционирования малых ГТУ-ТЭЦ отечественного производства требуется газопровод с давлением не менее 2,5 МПа. Поэтому развитие газотурбинных технологий возможно лишь в тех сетевых комплексах региона, где проходят магистральные газопроводы. При отсутствии поблизости магистральных газопроводов или сложности получения разрешения на официальную врезку (что наиболее вероятно) остаётся вариант подключения ГТУ-ТЭЦ к газопроводам более низкого давления. В этом случае, требуется дополнительное строительство компрессорной станции для «дожима» давления газа, что удорожает весь проект [3, с. 9].
Таким образом, развитие технологии ГТУ-ТЭЦ в регионе ограничено и морфологически выражено линейно-узловым типом развития локальных энергосистем (см. магистральные газопроводы на рис. 1).
Рис. 6. Модель двухуровневой организации энергосистемы [1, с. 31] Цифрами обозначены электростанции: 1 — федеральная электростанция мощностью > 1 тыс. МВт (ТГК); 2 — электростанция региональной энергосистемы мощностью до 1 тыс. МВт (ТГК); 3 — малая электростанция локальной энергосистемы, мощностью до 30 МВт. Электрические подстанции (ПС): 4 — системообразующие ПС 750 кВ; 5 — системообразующие ПС 330-500 кВ; 6 — системообразующие и питающие ПС 220 кВ; 7 — питающие ПС 35-110 кВ; 8 — распределительные ПС 10-6-0,4 кВ. ЛЭП: 9 — системообразующие ЛЭП 750 кВ; 10 — системообразующие ЛЭП 330-500 кВ; 11 — системообразующие и питающие ЛЭП 220 кВ; 12 — питающие ЛЭП 35-35-110 кВ; 13 — распределительные ЛЭП 10-0,4 кВ
Более интересен вариант развития малой энергетики на основе газо-поршневых двигателей, лучше адаптированых для работы от газопроводов более распространённого стандарта городской и сельской сети газоснабжения (0,3-1,2 МПа). Развитие малой энергетики на основе газо-поршневых двигателей в области можно признать перспективным, хотя и имеет свои пространственные ограничения (ареально-узловой тип локальных энергосистем).
Однако при любом сценарии развития малой тепловой энергетики неизменна её зависимость от истощаемых ресурсов. Цены на энергоносители будут расти, а ставка на развитие только газовых технологий резко повышает зависимость энергетики от динамики ценового коридора на газ. В этой связи возрождаются идеи массового развития локальных энергосистем на основе ресурсов возобновляемых источников энергии — ВИЭ, что способствует распространению ареального типа развития локальных энергосистем.
В Псковской области значителен потенциал гидроэнергоресурсов и ветроэнергетики. Широкое использование ветра для получения электроэнергии эффективно при наличии среднегодовой скорости не менее 5 м/с [1; 2]. Изучение ветроэнергетического потенциала Псковской области показало, что среднегодовая скорость ветра изменяется в диапазоне 2,5-5,5 м/сек, что позволяет использовать ветроустановки малой мощности. В 2005 г. на восточном берегу Чудского озера около д. Раскопель Гдовского района уже введена в эксплуатацию ветроэнергетическая установка мощностью 0,15 МВт. Станция является опытно-промышленным образцом, принадлежит «Псковэнерго» и используется для обеспечения качества электроэнергии потребителей д. Раскопель, запитанных от ВЛ 10 кВ, протяжённостью 57 км.
На всём побережье Псковского и Чудского озёр имеется достаточный ветроэнергетический потенциал. Небольшие ветроэнергетические установки могут быть использованы для монтажа в отдалённых и малонаселённых деревнях с целью автономного энергоснабжения маломощных потребителей.
На территории Псковской области в 1950-1960 гг. был реализован план строительства каскада гидроэлектростанций на речной системе Великой. В это время в области было построено около 40 объектов малой гидроэнергетики (МГЭ). Некоторые из них работали до 1980-х гг. В 2008 г. ЗАО «Норд Гидро» заключено соглашение о сотрудничестве с администрацией области. Реализация проекта по восстановлению объектов малой гидроэнергетики удовлетворяет целям, зафиксированным в стратегии энергетического развития России в части децентрализованного снабжения энергодефицитных районов, роста надёжности электроснабжения и роста доли экологически чистых ВИЭ в энергобалансе [14; 15].
Интересна идея сооружения ветрогидроаккумулирующих электростанций (ВГАЭС) на равнинной территории региона, где ветроэнергоустановки выполняют функцию дополнительного и дешёвого энергоисточника для перекачки воды из нижнего наполнительного бассейна в верхний резервуар. В малом варианте схема представляется перспективным направлением развития «независимой энергетики» для области. Наиболее эффективно сочетание местных систем на основе ресурсов ВИЭ с централизованными энергосистемами.
Общий анализ ситуации позволяет выделить основные направления использования местных ресурсов ВИЭ в условиях Псковской области.
1. Малозаселённая часть региона ограничивает целесообразность масштабного расширения ЛЭП. Подключение к централизованной сети неэффективно, если среднесуточные потребности равны или менее 2 кВт.ч/сутки на одного человека. В таких зонах функционирование локальных энергосистем является почти единственным способом решения энергетических и социальных проблем потребителей. На передний план выдвигается социально-экономический аспект «месторазвития», а территориальный аспект такого масштаба позволяет отнести к ним ацикличную зону со слабой связностью электросети (тип «ветвь-деревья»), ареалы «очагового» расселения.
2. В результате высокого износа сетей снижается надёжность энергообеспечения, растёт доля потерь энергии при транспортировке, повышается частота аварийных ситуаций, отключение потребителей и т. д. Социально-экономические потери имеют временной лаг. Это ситуация, когда доминирует инфраструктурный аспект обустройства «месторазвития». Проблема может быть решена путём комбинирования локальной и централизованной энергосистемы. В этой схеме малые электростанции являются основным источником генерации электроэнергии для зоны обслуживания локальной энергосистемы, имеющей слабые связи с централизованной системой. Включение малых генераторов по схеме модульных сегментов в общую энергосистему позволяет повысить энергоэкономические показатели её функционирования по суммарному комплексу эффектов, в т. ч. и по параметру надёжности. Возобновляемая энергетика помимо экономии топлива играет роль резервной энергосистемы.
3. В рекреационных и природоохранных зонах также применимы схемы комбинирования локальных и централизованных энергосистем, причём базовую нагрузку несёт локальная энергосистема, а её переходную часть — централизованная. Тогда решается и техническая задача оптимизации выходных параметров энергии установок ВИЭ. Низкотемпературные нужды населения как технологический процесс не требователен к изменениям выходных параметров в большом диапазоне. Такими же показателями характеризуется эффект использования ВИЭ в целях водоподъёма и предохранения территорий от лесных пожаров. Вариант актуален и для особо охраняемых территорий (заповедники, заказники, национальные парки). Такие модули наиболее целесообразны, когда во главу угла ставится экологический аспект «месторазвития».
4. Четвёртое направление перспективно для «месторазвития» по принципу «полюса роста». Схема локальной энергосистемы предусматривает эксплуатацию модуля малой генерации как неотъемлемой составляющей централизованной энергосистемы. Это максимально оптимизирует эластичность производства при высокой надёжности самой системы снабжения и одновременно приводит к росту синергети-ческих эффектов в результате такого синтеза (эффект «домино»). Сопряжённая энергосистема особенно перспективна для территорий с резко возрастающим спросом на энергию (пригородная зона, рентабельные сельскохозяйственные организации, коттеджные посёлки повышенной комфортности, зоны массового перехода на электроотопление и т. д.). Место локальной и централизованной энергосистемы в графике нагрузки будет зависеть от конкретных условий местности, объёма потребностей в сезонном и суточном разрезе, текущего уровня цен на энергоносители и т. д.
Очевидно, что вышеперечисленные направления далеко не исчерпывают вариаций целевого использования ВИЭ в регионе. Реальный спектр эффективной эксплуатации возобновляемой энергетики более многообразен по уровню потребностей и возможностям его удовлетворения. Не менее очевидно, что меры по масштабному вовлечению ресурсов ВИЭ в общий энергобаланс должны быть приоритетными в региональной стратегии. А общий алгоритм исследований в сфере моделирования многоуровневого энергетического пространства Псковской области актуализирует решения ряда представленных ниже взаимосвязанных задач.
1. Зонирование региона по энергетической насыщенности территории, учитывающее реальный уровень удовлетворения энергетических нужд населения (по критерию реально подведённой мощности и фактически используемому объёму энергии, а не по статистическому подходу на душу населения).
2. Типизация системы расселения региона по критерию реальных территориальных изменений в плотности расселения, доминирующему типу поселений, численности жителей, а не по статистически обобщенным показателям (с выходом на локальный микроуровень).
3. Зонирование региона по критерию концентрации экономических ресурсов невозобновимых и возобновляемых источников энергии, образуемых ими территориально-благоприятных сочетаний, что определяет потенциальные возможности их вовлечения в общий энергобаланс территорий.
4. Районирование территории Псковской области по возможностям территориального комбинирования локальных и централизованных систем энергоснабжения различного иерархического уровня, базирующегося на возобновляемых и невозоб-новимых источниках энергии.
Вывод. Приведённые в статье данные и суждения являются предварительными и оценочными, но они позволяют говорить о большом разнообразии возможностей организации энергетического пространства региона для развития комбинированных энергосистем. Экономическая и социальная география должна быть поистине «конструктивной» наукой. Остаётся надеяться, что найдётся в регионе пытливый студент, или аспирант, который детализирует озвученные здесь тезисы в более серьёзном исследовании и на практике.
Литература
1. Атаев З. А. Географические основы локальной энергетики Центрального экономического района России: монография / РГУ им. С. А. Есенина. Рязань, 2008. 284 с.
2. Атаев З. А. Территориальная организация локальной энергетики Центрального экономического района России: Дис. ... докт. геогр. наук: 25.00.24. / Институт географии РАН. М., 2008. 294 с.
3. Дубинин В. С. Сопоставление систем централизованного и децентрализованного энергоснабжения в современных условиях России (часть 1) // Промышленная энергетика, 2005. № 9. С. 7-12.
4. Ильинский Н. Ф., Цацекин В. К. Приложение теории графов к задачам электромеханики. М.: Энергия, 1968. 200 с.
5. Оре О. Теория графов. 2-е изд. М.: Наука, 1980. 356 с.
6. Совалов С. А. Режимы Единой энергосистемы. М.: Энергоатомиздат, 1983.
7. Совалов С. А., Семенов В. А. Противоаварийное управление в энергосистемах. М.: Энергоатомиздат, 1988. 416 с.
8. Тархов С. А. Эволюционная морфология транспортных сетей. Смоленск; Москва: Универсум, 2005. 384 с.
9. Управление режимами электроэнергетических систем в аварийных ситуациях / В. М. Чебан, А. К. Ландман, А. Г. Фишов. М.: Высшая школа, 1990. 144 с.
10. Региональный атлас. Псковская область. 1:200 000. М.: ВТУ ГШ, ФГУП «439 ЦЭВКФ МО РФ», 2006.
11. Псковская область. Карта региона 1:470 000. М.: ВТУ ГШ, ФГУП «439 ЦЭВКФ МО РФ», 2005.
12. Псковская область. 1:500 000. Новгород: ФГУП Новгород АГП, 2004.
13. Псковская обл. 1:500 000, окрестности Пскова 1:200 000. М.: Роскартография, 1994.
14. Об утверждении Схемы и программы развития электроэнергетики Псковской области на 20132017 годы / Администрация Псковской области. Постановление от 29 апреля 2013 года № 184. [Электронный ресурс]: URL: http://docs.cntd.ru/document/462703075
15. Об утверждении Схемы и программы развития электроэнергетики Псковской области на 20142018 годы / Администрация Псковской области. Постановление от 29 апреля 2014 года № 166. [Электронный ресурс]: URL: gosbook.ru>system/files/documents/2013/07/29/
Псковский регионологический журнал № 24/2015 Об авторе
Атаев Заирбег Авукавович — доктор географических наук, профессор кафедры экономической и социальной географии, факультет геоэкологии и географии, Чеченский государственный университет, г. Грозный, Россия; профессор кафедры сервис и туризм, Гжельский государственный университет, Раменский район Московской области, Россия.
E-mail: [email protected]
Z. Ataev
TOPOLOGICAL MODELING OF THE ENERGETIC SPACE OF THE PSKOV REGION
Topographic analyze of the energy space area shows that a half of the area of the Pskov region is at risk in the case of system failure in the power system. Therefore, the model combining different schemes of power is "long-forgotten past".
Development of gas turbine technologies determine possibility offormation of linear and areal nodular type of local power supply systems, and the use of renewable energy sources. Species diversity of energy generation determine the growth of supply reliability. The main directions of combining energy systems can be presented as conclusions of the article.
1. The most sparsely populated part of the rural areas of the Pskov region, limits the feasibility of increasing centralization. Local system performs a way to solve energy and social problems.
2. In the areas with a high proportion of poorly populated settlements, due to worn-out networks, the reliability of power supply dramatically reduces. The problem can be solved by combining local and centralized power systems.
3. Recreational and conservation areas are also applicable scheme combining local and centralized energy systems.
4. The fourth direction is promising for locations on a "growth pole" (in the Volga area). The scheme provides for the operation of the local power grid of small generation unit as an integral part of a centralized system. This leads to increased synergies (also called "domino effect").
Key words: energy space, the trend of centralization and decentralization in the electric power, centralized power system, local power grid, low power, small hydro, system, supply and power distribution networks, network cyclic, acyclic area of energy, linear-nodal, node areal and type of development of local energy systems.
About the author
Prof. Ataev Zairbeg, Department of Economic and Social Geography, Chechen State University, Grozniy, Russia; Gzhel State University, Ramenskiy district, Moscow region, Russia.
E-mail: [email protected]
Статья поступила в редакцию 10.09.2015 г.
