Не так давно в российских реалиях было выявлено, что применение распределенной генерации способствует улучшению промышленной производительности. Поэтому в экономике страны эта отрасль набирает обороты.
О текущей ситуации
На данный момент энергетика находится в непростом положении. Согласно официальным данным, износ линий электропередачи в ЕС составил 25 %, а подстанций - 45 %. 40 % тепловых сетей нуждается в ремонте, а 15 % пребывают в крайне плохом состоянии.
В России
Энергосбережение в Российской Федерации отличается новыми направлениями деятельности. И в первую очередь это выражается во все более часто применяемых источниках распределенной генерации. Это понятие обозначает объекты малой энергетики менее 25 МВт. Установки распределенной генерации справляются с задачами местного обеспечения электроэнергией отдельных построек и районов. Помимо стандартных энергетических источников (угля, мазута, газа) сюда включают и альтернативные их виды.
Новые возможности
Распределенная генерация электроэнергии актуальна в самых разнообразных организациях. Ее применяют и в сфере обслуживания (в отелях, санаториях), и на объектах сельскохозяйственной деятельности. На данный момент юридические лица в стране стараются мобилизовать ресурсы, которыми обладают, и при этом свести к минимуму расходы. А электроэнергия является довольно большой статьей расходов. Развитие распределенной генерации - прекрасный выход из положения для предприятий. Особенно это касается крупнейших промышленных предприятий. С точки зрения специалистов, объекты распределенной генерации спасают многих промышленников в ходе изменения положения в энергетике провинций.
Однако на данный момент они составляют лишь долю в размере 8 % в электроэнергетике государства. Ниша распределенной генерации энергии начинает свое формирование. Положительные примеры ее развития встречаются редко. Одним из самых ярких объектов является пункт малой распределенной генерации в Среднеуральском медеплавильном заводе.
Проекты по ее сооружению были реализованы на привлеченные от инвесторов средства. Далее владелец реализовал эксплуатацию объекта распределенной генерации на основе энергосервисного контракта. Важным условием позитивного будущего электроэнергетики является экономия ресурсной базы. Когда энергосервисный контракт завершается, объект распределенной генерации становится имуществом организации. Это происходит через 9 лет, и тогда организация сама пользуется объектом. Такая схема служит прекрасным инструментом инновационной поддержки распределенной генерации. Ее стоит использовать на всей территории Российской Федерации.
О «зеленых» источниках
Открытие источников распределенной генерации посредством подписания подобных соглашений приводит к тому, что организация практически не тратит своих ресурсов. Помимо этого, интерес инвесторов заключается в том, чтобы источник работал эффективно. Такой вывод подтверждается опытом Среднеуральского медеплавильного завода. На текущий момент станция загружена на 92 % в среднем в году. А когда срок действия соглашения истечет, организация получит в имущество свою собственную мини-ТЭЦ, которая будет работать на протяжении не менее 20 лет. О возрастающей популярности свидетельствуют все чаще появляющиеся связанные с распределенной генерацией ООО. Так, одно такое общество появилось в Ростове. ООО «Распределенная генерация» занимается передачей и распределением пара и горячей воды, а также еще 102 направлениями деятельности.
В случаях, когда после истечения срока действия соглашения с инвестором компания пользоваться источником распределенной генерации не может, то соглашение продлевается. И она продолжает экономить на энергоресурсах.
Проектирование распределенной генерации осуществляется таким образом, что при передаче продукта энергия теряется в минимальных количествах. Также КПД у современных электростанций составляет более 90 %. Мини-ТЭЦ остаются более чистыми в экологическом плане. Проектирование распределенной генерации позволяет добиться минимума шума при работе объектов. Вредные вещества при этом практически не выбрасываются. Этим обусловлены связанные с распределенной генерацией тенденции.
Для блочно-модульной вариации не требуется большой площади. Ее сочетают с минимумом строительных работ. Распределенная генерация в России все чаще представляется установками данного типажа. Блочно-модульные объекты считаются наиболее надежными.
Новый технологический уклад
С учетом трудностей, связанных с привлечением денежных средств к возведению больших электростанций, возведение мини-ТЭЦ представляется все более привлекательным и эффективным действием. Большой популярностью пользуется ООО «Евросибэнерго-Распределенная Генерация». Данная организация занимается распределением пара и горячей воды, а также осуществляет деятельность по 20 направлениям. Есть у ООО «Евросибэнерго-Распределенная генерация и два филиала - в Красноярске и Нижнем Новгороде.
На данный момент закупки компания направляет на удовлетворение своих подразделений, включая дочерние. ООО «Евросибэнерго-Распределенная Генерация» (нижегородский и красноярский филиалы) заинтересовано во взаимовыгодных отношениях с партнерами. Чтобы работа по данному аспекту шла плодотворно, на официальном сайте предприятия была опубликована страница о тендерах. ООО «Евросибэнерго-Распределенная Генерация» анонсирует свои закупки на протяжении года, публикуя их в соответствующем разделе на сайте.
И это не единственная крупная компания, осуществляющая свою деятельность в такой сфере. ООО «Интер РАО - Распределенная Генерация» - крупный холдинг, занимающийся повышением экономической активности в Российской Федерации. Он вносит активный вклад в развитие новой энергетики. ООО «Интер РАО - Распределенная Генерация» прошло путь от посредника до крупнейшей энергетической компании.
Трудности
Тем не менее, во внедрении мини-ТЭЦ есть несколько трудностей. Нередко взаимоотношения большой и распределенной энергетики заходят в тупик. Это было высказано на II Всероссийской конференции «Развитие малой распределенной энергетики в России». Все дело в том, что стоимость электроэнергии стала невыгодной, она растет. Большая энергетика не привлекает много инвестиций, а основная часть денежных средств приходит от государства - около 85 %. А важнее всего то, что не происходит запуска конкуренции, поскольку имеется централизованная энергетика. Если не изменить число посредников, то она и не появится. Участники конференции пришли к выводу, что данный вопрос разрешает распределенная генерация. Именно она растет за счет частных инициатив, а конечную продукцию продает по реальной цене.
В мире
Во множестве государств отмечается тенденция к использованию источников распределенной энергетики. Российская Федерация лишь встала на этот путь, но в самых отдаленных ее районах именно распределенная генерация станет точкой роста энергетики. На данный момент решаются вопросы об использовании ее в коммунальном хозяйстве, чтобы компенсировать расходы на производстве.
Правильно примененная распределенная энергетика откроет энергетический потенциал страны и окажет самое позитивное влияние на российскую экономику. Сейчас, если в мире доля малой генерации составила 10-20 %, то в России она заняла 1,5 %.
О законах
Для развития данной сферы необходимы законодательные нормы, которые бы регулировали эту сферу. Развитие распределенной генерации в РФ отличается стихийностью, и на эффективность к лучшему это не влияет. Действия потребителей и поставщиков не скоординированы.
Чтобы процесс регулировало законодательство, нужно реализовать один из двух вариантов. В первом предполагается, что нужно внести коррективы в текущее законодательство, создав раздел, посвященный распределенной генерации. А во втором предусмотрено создание нового ФЗ, чтобы в нем будут отражены все необходимые термины и нормы.
Важно, чтобы закон урегулировал режимы работы малых ТЭЦ, нюансы в их деятельности и так далее. На сегодняшний день на территории страны работает около 50000 источников малой энергетики, и количество их неуклонно растет. Потребители формируют на них спрос, что ведет к диверсификации в этой отрасли. Когда будет разработан закон, регулирующий деятельность мини-ТЭЦ, понадобится и целый ряд пакетов от Правительства РФ, федеральных органов власти. Все эти документы будут определять цены, стимулировать развитие распределенной генерации.
О платформах
Переход на распределенную энергетику с трудом отслеживается государством. Нет официальной статистики, а без этих данных формирование политики невозможно. Есть лишь наиболее общие сведения о том, что мини-ТЭЦ развиваются в недостаточной мере. Поэтому на состоявшейся конфедерации гендиректор ЗАО «АПБЭ» подчеркнул, что в первую очередь всем необходимо заполнять эту отрасль, и лишь затем вводить большие объекты генерации для обеспечения покрытия спроса. Российские реалии отличаются тем, что централизация в энергетики проявилась в них в гораздо более яркой мере, нежели в иных государствах. В то же время страна обладает большим потенциалом в области большой энергетики. Территориальная особенность государства является самым настоящим полем для применения местных объектов энергетики. На данный момент страна обладает технологической платформой, которая отличается большим числом участников - 168 организаций. Помимо этого, появились новые кластеры в такой сфере. В России существует множество примером успешных проектов по распределенной генерации. К примеру, это проекты предприятия «Альтэнерго», комплексы Кузбасса, Ярославля и так далее.
Что касается «АПБЭ», оно сформировало свою схему по мини-ТЭЦ, которая предусматривает то, что большая энергетика и коммунальное снабжение будет реализовано в одном объекте. Это прямой путь к новейшим перспективам увеличения производительности в сфере энергетики. Существующий баланс заполняется благодаря новому способу производства электроэнергии. Стандартные котельные замещаются установками когенерации.
Подобная процедура оказывает самое позитивное влияние на отрасль в целом. Во-первых, экономится топливо. Во-вторых, улучшается ситуация, связанная с энергетикой, в провинции, где в основном имеются котельные, а когенерации не имеется. Но на текущий момент закон запрещает совмещать сетевой бизнес с генерацией. Необходима отмена данного положения, нужна поправка в отношении мини-ТЭЦ. Также важно, чтобы законодательство способствовало конкуренции между большой и малой энергетикой. Для этого нужно заняться ценообразованием. Важно, чтобы сбытовые предприятия закупали электроэнергию у малых объектов, но по стоимости, которая не превысит цены на оптовом рынке. Нужно, чтобы закупка осуществлялась по оптовой цене плюс сетевая составляющая. Все это приведет к тому, что запустится механизм серьезной конкуренции между малыми и крупными объектами энергетики. Весь этот процесс приведет к появлению возможностей продавать электроэнергию потребителям по розничной цене. Делаться это будет за счет излишком продукции. На данный момент таких возможностей у потребителей не имеется.
Михаил Козлов, директор по инновациям и ВИЭ ОАО «РусГидро» заявил, что у него складывается ощущение, что время применения источников возобновляемой энергетики в стране еще не пришло. Имеется лишь ориентир на государства Европы, в которых данный вопрос стал насущным. Также он отметил, что есть трудности в официальной поддержке, нужно резервировать мощности. А это возможно тогда, когда будет достигнут достаточный уровень производства электроэнергии в возобновляемых объектах.
Отсутствует логика в импорте необходимой аппаратуры. Необходимо развивать российскую технологическую базу. Тарифы ВИЭ растут из-за инфляции и иных факторов экономики. На данный момент, в документации, подготовка которой ведется в РФ, отмечается государственная поддержка тарификации, чтобы эффективность для инвестора была обеспечена. Это важный момент для России, так как таким образом будет сформирован стратегический запас.
На данный момент стали необходимы вложения с целью спустя десять-двенадцать лет получить снижение цен источников ВИЭ. К примеру, «РусГидро» на Камчатке имеет три станции - одну в отдаленной области, а две - в центральной части, и они обеспечивают Петропавловск тридцатью процентами от общей электроэнергии. Ранее больший объем давали станции на мазуте, а теперь они переведены на газ. Ранее тарифы станций составляли шесть рублей для промышленников и три рубля для населения. Остальная часть - государственные субсидии. Топливная часть станций составляла 2,3 рубля, а в ГеоЭС - 1,8 рубля. Тарифы, обеспеченные геотермальными станциями, были ниже топливной части соседних стандартных станций. Данная ситуация уникальна, так как в данном регионе имеется лишь привозное топливо. Но, согласно расчетам, к 2020 году с учетом воплощения государственных программ тарифы для населения не должны стать выше двух процентов. В отдаленных участках страны энергетика всегда распределенная. Масштабных источников в планах нет, и происходит развитие проектов ветроэнергетики, геотермальной, мини-ТЭЦ, солнечных. Планов существует большое количество, и присутствуют точки, в которых воплощение их произойдет без государственного вмешательства. Но, тем не менее, этого будет недостаточно, так как генерация составит около 1 ГВт, а этого не хватит для развития промышленности в регионе. Адекватного рынка в таком случае не сформируется, хотя и будет найдено около двух производителей, которые при данных объемах сумеют построить заводы. По это причине ВИЭ должно развиваться не только лишь в отдаленных областях.
Упоминая Дальний Восток, представитель «РусГидро» упомянул, что у компании есть «РАО Энергетические системы Востока», которое занимается снабжением электроэнергией населения данного участка. Источниками являются гибридные комплексы, солнце- и ветро-дизели. Среди главных проектов, реализованных в регионе, отмечаются пилотные мощности по солнечным станциям - 10-30 кВт, по генераторам - около 300 кВт. В холодной Якутии солнечные станции являются наиболее эффективными, поскольку сам климат предполагает большое количество солнечных лучей. По этой причине примеры, реализованные в населенных пунктах Якутии, демонстрируют прекрасную выдачу.
Еще одна точка зрения, прозвучавшая на конференции, свидетельствовала о том, что не существует точного понятия распределенной генерации. Есть обширная область энергетики, которая обладает децентрализованными признаками. По сути она является автономной энергетикой. Она предоставляет потребителям выбор - использовать продукт централизованной системы энергоснабжения или продукцию распределенной генерации, руководствуясь идеями экономии.
Широкое развитие в западных странах получила и иная отрасль - индивидуальная генерация. Она предполагает использование совершенно иных типов технологии. Если в распределенной генерации применяется когенерация, то здесь речь идет о тригенерации. Когда звучит призыв о поддержке распределенной генерации, ряд бизнесменов задается вопросом, почему они должны заниматься поддержкой чьего-то бизнеса? Но при развитии своих собственных технологий и генерировании добавленной стоимости она оказывается выше отданной тем, кто занялся мини-ТЭЦ. Большую роль в развитии распределенной генерации играет научно-технический прогресс. Устаревшая аппаратура никак не поможет в новых рекордах. Развитие когенерации на основе котельных станет эффективным, только если будет иметься необходимая техника. Газотурбинное машиностроение страны обладает возможностями для выпуска продукции, которая потребуется в данном процессе.
Но во внедрении всех этих планов присутствуют и иные препятствия. До конца неизвестно, что именно придаст когенерация энергосистеме, как последняя отреагирует на новое явление. Потребуется создание микрогридов, систем, решающих ряд вопросов, связанных с пиковой мощностью и надежностью. Такие проекты уже воплощены в жизнь в Германии и в Японии. И при этом в данных объектах около 40-50 % стоимости аппаратуры дотировано официальной властью.
В значительной мере положение в российской действительности не изменится до момента, пока в области энергетики делается ставка на увеличение числа потребителей газа и угля. Исключение составляют лишь участки, которые изолированы от ЕЭС, где имеется поле для выбора альтернативных путей развития. Там и находятся объекты распределенной энергетики. Повышенные цены на продукцию ускоряют окупаемость подобных проектов в области Красноярска, Алтая и Бурятии.
Слишком медленно развивается нормативно-правовая база, которая бы обеспечивала развитие альтернативной энергетики. Хотя еще в 2010 году было введено несколько новых актов, которые регулировали особые цены для договоров купли-продажи мощностей в области ВИЭ, особо сильного влияния на текущую ситуацию это не оказало.
Электроэнергия, которая была выработана на источниках распределенной генерации, в крайне маленьком объеме выставляется на продажу. Все дело в том, что в стране значительно тормозит процесс развития электроэнергетики тот факт, что трудно продать в сеть электроэнергию с альтернативных источников. Помимо этого, в стране существуют десятки предприятий, которые производят аппаратуру для генерации энергии нетрадиционными методами. Но рынок сбыта в данной области остается узким. Чаще всего он представлен частными лицами, которые устанавливают соответствующее оборудование в загородных домах. Также имеются организации, которые заинтересованы в том, чтобы повысить свой «зеленый» статус. Больше всего спроса было выявлено на тепловые насосы и солнечные батареи.
Вице-президент по работе с государственными органами ОАО «Фортум» Сергей Чижов отметил, что важнейшей задачей ОАО является воплощение в жизнь крупной программы по инвестициям. На данный момент объем вложений составляет больше 2,5 млрд евро. Организация продолжает идти по стратегической линии. Она ввела в строй больше 600 МВт из 2400, которые указаны в планах. Ожидается ввод первой мощности на Няганской ГРЭС. Воплощение программы по инвестициям приведет к увеличению изначальных мощностей в плане электроэнергии до 5300 МВт, что составляет 85 % в сравнении с 2007 годом.
На данном пути предприятие столкнулось с рядом трудностей, которые понизили интерес инвесторов к области электроэнергии. Нередко противоречивость государственных решений в данной отрасли приводит к появлению неопределенности на рынке. Сложно планировать целостность модели развития электроэнергетики, не учитывая мировой тенденции, разработок, касающихся возобновляемых объектов топлива, в числе которых Fortum. Не имеется действенных механизмов формирования отрасли в долгосрочной перспективе. Например, политики, нацеленной на то, чтобы повысить доходность от продажи газа при понижении доходов от реализации электроэнергии.
Особое внимание стоит уделить тому факту, что отсутствует стимул формирования когенерации. Практика показала, что инвесторы к данной области имеют мало интереса, так как сам рынок обладает рядом непривлекательных особенностей. Власти в условиях нерегулируемых законом реалий обустраивают новые котельные, так как в экономии топлива особого смысла не видят. А законодательство стимулирует «котельнизацию» государства. По этой причине нужен механизм, который бы поддерживал когенерацию. Необходим запрет на возведения котельных в крупнейших областях теплопотребления.
Заключение
С учетом трудностей при инвестировании возведения больших электростанций строительство объектов распределенной генерации представляется эффективным и вполне реальным. Наступила пора энергетической революции в стране. Возникло множество экономических и потребительских к тому предпосылок. Если обеспечить экономию ресурсов, будущее энергетики в России будет безоблачным.
- 1. Распределенная генерация
- 1.1 Предпосылки и тенденции
- 1.2 Технологии
- 1.3 Микротурбины
- 1.4 Топливные элементы
- 1.5 Возобновляемые источники
- Заключение
Введение
В настоящее время промышленно развитые страны производят основную часть электроэнергии централизованно, на больших электростанциях, таких как тепловые электростанции, атомные электростанции, гидроэлектростанции. Мощные электростанции благодаря "эффекту масштаба" имеют превосходные экономические показатели и обычно передают электроэнергию на большие расстояния. Место строительства большинства из них обусловлено множеством экономических, экологических, географических и геологических факторов, а также требованиями безопасности и охраны окружающей среды. Например, угольные станции строятся вдали от городов для предотвращения сильного загрязнения воздуха, влияющего на жителей. Некоторые из них строятся вблизи угольных месторождений для минимизации стоимости транспортировки угля. Гидроэлектростанции должны находиться в местах с достаточным энергосодержанием (значительный перепад уровней на расход воды).
Распределённое производство энергии подразумевает строительство дополнительных источников электроэнергии в непосредственной близости от потребителей. Мощность таких источников выбирается исходя из ожидаемой мощности потребителя с учетом имеющихся ограничений (технологических, правовых, экологических и т.д.) и может варьироваться в широких пределах (от двух-трех до сотен киловатт). При этом потребитель не отключается от общей сети электроснабжения.
В качестве дополнительных источников электроэнергии могут применяться как средства альтернативной энергетики (солнечные батареи, ветровые генераторы, топливные элементы), так и традиционные когенерационные установки (КГУ) малой и средней мощности. В последнем случае благодаря расположению когенерационных установок непосредственно у потребителей, становится возможным использование не только вырабатываемой электроэнергии, но и побочной тепловой энергии на нужды отопления, горячего водоснабжения или абсорбционного холодоснабжения самого владельца КГУ или сторонних потребителей, расположенных поблизости. Это позволяет добиться высокой эффективности использования топлива (до 90 % от потенциальной энергии).
1. Распределенная генерация
Распределённое производство энергии - концепция строительства источников энергии и распределительных сетей, которая подразумевает наличие множества потребителей, производящих тепловую и электрическую энергию для собственных нужд, а также направляющих излишки в общую сеть (электрическую или тепловую).
1.1 Предпосылки и тенденции
Электроэнергетика экономически развитых стран мира, в том числе, бывшего СССР, интенсивно развивалась в течение ХХ века главным образом путем повышения уровня централизации электроснабжения при создании все более мощных электроэнергетических объектов (электростанций, ЛЭП). Следствием этого явилось формирование территориально распределенных протяженных электроэнергетических систем (ЭЭС). Это позволило достичь существенного экономического эффекта, повысить надежность электроснабжения и качество электроэнергии.
С начала XX века технологии традиционных паротурбинных агрегатов тепловых и атомных электростанций развивались по пути использования все более высоких параметров пара, это требовало применения более совершенных материалов котлов и турбин, при этом имела место тенденция увеличения единичной мощности установок. Все отмеченное позволяло улучшать технико-экономические параметры установок - удельные капиталовложения и постоянные текущие издержки на единицу мощности и удельные расходы топлива на единицу вырабатываемой электроэнергии. Указанная тенденция укрупнения агрегатов наблюдалась и в гидроэнергетике, хотя и в меньшей мере.
В 1980-е годы эта тенденция принципиально изменилась вследствие появления высокоэффективных (до 55-60 % КПД) газотурбинных и парогазовых установок (ГТУ и ПГУ) широкого диапазона мощностей, в том числе малых - от единиц до одного-двух десятков МВт. Отличительной особенностью таких установок, особенно малых, является их высокая заводская готовность, что позволяет вводить их в эксплуатацию за период в пределах года. Одновременно появился большой ассортимент мини - и микро - ГТУ (от долей кВт до нескольких десятков кВт). На основе малых ГТУ начали сооружаться малые ГТУ-ТЭЦ для комбинированной выработки электроэнергии и тепла.
К малой энергетике относятся и многие типы энергетических установок на возобновляемых источниках энергии (ВИЭ), прежде всего ветроэнергетические установки (ВЭУ). Малые ГТУ, ПГУ и ВЭУ устанавливаются непосредственно у потребителей и подключаются к распределительной электрической сети на напряжениях 6-35 кВ. Эти установки получили название "распределенная генерация".
Главными факторами, стимулирующими развитие распределенной генерации, являются:
адаптация потребителей к рыночной неопределенности в развитии электроэнергетики и в ценах на электроэнергию; это способствует снижению рисков дефицита мощности и повышению энергетической безопасности;
повышение адаптационных возможностей самих ЭЭС к неопределенности рыночных условий развития экономики и снижение тем самым инвестиционных рисков;
появление новых высокоэффективных энергетических технологий (ГТУ и ПГУ);
рост доли газа в топливоснабжении электростанций;
ужесточение экологических требований, стимулирующее использование ВИЭ (гидроэнергии, ветра, биомассы и др.) при протекционистской политике государств.
Требования к энергоснабжению формулируются просто - надёжность, постоянство. И для многих становится ясно, что на сегодня единственный путь иметь продукт высшего качества - произвести его самому. Военные во всём мире знают это давно, промышленники уже пришли к таким решениям, а семьи и предприятия малого бизнеса начали осознавать преимущества владения электрогенераторами и тепловыми котлами только сейчас. Кризис сложившейся монополизированной энергетической инфраструктуры и начавшаяся либерализация энергетических рынков одновременно и увеличивают степень неопределённости будущего, и привлекают открывающимися возможностями для бизнеса. И тот и другой фактор увеличивают спрос потребителей энергии на собственные генерирующие мощности.
Разбросанное по подвалам и задним дворам энергетическое оборудование, установленное владельцами на случай аварий в централизованных сетях, или в условиях отсутствия этих сетей, начинает восприниматься в мире как формирующаяся целостность - основа для возникновения новой отрасли, получившей название распределённой генерации (РГ). К процессам в этой отрасли привлечено внимание владельцев оборудования, существующих "старых" энергокомпаний, новых игроков, производителей оборудования, не говоря уже о государственных органах.
1.2 Технологии
Распространённые на сегодня технологии распределённой генерации при сравнении с централизованной генерацией во многих случаях дают для распределённой генерации более высокие капитальные затраты (долларов / кВт) и текущие затраты (долларов / кВт. ч). Однако дополнительные преимущества, такие как когенерация тепла, повышение надёжности, отсутствие сетевых издержек, уже сейчас делают распределённую генерацию выгодной во многих применениях, некоторые из которых описаны ниже. Справедливая рыночная оценка всех преимуществ является ключевым фактором для определения перспективности таких проектов. Развитие технологий выводит на уровень экономической оправданности всё больше вариантов использования РГ.
Пока что основными интересами потребителей остаются возможности резервирования, экономия за счёт снижения расходов, повышенный КПД одновременной генерации тепла и электроэнергии. Энергокомпании уже начинают рассчитывать на существенную поддержку от распределённых генераторов при пиковых нагрузках, на использование этих мощностей для снижения потерь и улучшения параметров работы сети.
Для распределённой генерации используются и ставшие традиционными установки, и продукты новейших технологий. К традиционным относятся все типы установок внутреннего сгорания, среди которых лидируют дизели и двигатели, работающие как на дизельном топливе, так и на газе. Несмотря на непрерывное усовершенствование, они остаются экологически грязными по сравнению с использованием более новых технологий.
1.3 Микротурбины
Микротурбины были разработаны ещё в 60-х для электроснабжения на борту авиалайнеров. КПД таких устройств находится в районе 25-30%. При утилизации тепла КПД достигает 60--70%. Микротурбины могут работать на широком спектре топлива - природный газ, метан, бензин, керосин. Содержание сажи в выхлопе современных моделей в 100 раз меньше чем у дизельного двигателя, и укладывается даже в строгие калифорнийские стандарты охраны окружающей среды.
Микротурбинные установки вырабатывают электроэнергию на месте потребления, или в непосредственной близости от точки, где необходимо электричество. Микротурбинные установки производят электроэнергию, высокого и стабильного качества из различных видов топлива.
Принцип действия
Воздух из атмосферы через воздухозаборник поступает в компрессор, где происходит его сжатие и нагрев, после чего он поступает в рекуператор, где происходит его дальнейший нагрев посредством отходящих выхлопных газов турбины. Такая агрегатная компоновка внутри установки повышает электрический КПД установки до 30%. При такой агрегатной компоновке соотношение получаемой на установке тепловой энергии к электрической равно 1,6 - 2/1. В отдельных случаях, когда заказчику необходимо большее количество именно тепловой энергии, а получаемая электрическая энергия второстепенна, возможна комплектация установки иная, без рекуператора. В этом случае электрической энергии вырабатывается порядка 14-20%. Из рекуператора нагретый и сжатый в компрессоре воздух смешиваясь с газом поступает в камеру сгорания. Предварительное смешение нагретого воздуха с газом очень сильно снижает уровень выбросов, доводя его до минимальных значений (около 15 ppm), особенно при неполной загрузке установки. Образующиеся в процессе сгорания выхлопные газы поступают на колесо турбины, где расширяясь, совершают работу, приводя тем самым в движение расположенные на одном валу с турбиной, компрессор и генератор. Из турбины выхлопные газы поступают в рекуператор, где нагревают выходящий из компрессора воздух, после чего направляются в котел-утилизатор, где нагревают сетевую воду до требуемых значений.
Стандартно установка комплектуется: микротурбиной с обвязкой внутри блок бокса, генератором, компрессором, рекуператором, котел утилизатор, системой автоматического управления с пультом, аккумуляторами, системой воздушного охлаждения и другим дополнительным оборудованием по заказу.
В процессе работы микротурбинной установки система управления и контроля осуществляет постоянный мониторинг всех основных рабочих узлов и параметров установки:
· работа газовой турбины
· работа системы утилизации тепла
· работа силовой электрической части
· работа аккумуляторного блока
· узла контроля загазованности,
при выходе за пределы заданных значений срабатывают автоматические блокировки, и происходит отключение.
Для эксплуатации установки не требуется оператор, контролировать ее работу и осуществлять связь с установкой можно через интернет, электронную или спутниковую связь из центральной операторной завода.
Отличительные особенности установок:
· Возможность применения установки, как в режиме автономной работы, так и в режиме параллельной работы с существующей электросетью.
· Возможности установки выдерживать очень высокие набросы и сбросы нагрузки (до 100%).
· Возможность работы на холостом ходу продолжительное время.
· Отсутствие скачков частоты получаемой электроэнергии.
· Возможность перенастройки комплектации установки для увеличения выхода тепловой энергии.
· Модульная конструкция предусматривает возможность сборки нескольких модулей в единый блок, позволяя получить необходимую мощность от 150 кВт до 10 МВт
· Низкий объем технического обслуживания и большой интервал меж сервисного обслуживания (замена масла не чаще 1-го раза в год при 100% -й круглогодичной работе).
· Малое количество и низкая стоимость расходных запасных частей.
· Очень малое время штатного технического обслуживания.
· Возможность работы на низкокалорийных газах.
· Долгий срок службы до капитального ремонта.
· Низкий уровень выбросов.
· Бесшумная и вибрационная работа
· Получаемая электроэнергия дешевле энергии получаемой из электросетей.
1.4 Топливные элементы
Рисунок 1. Топливный элемент
В основе топливных элементов лежит целое семейство технологий, основанных на катализаторном окислении водорода. Генерация электроэнергии осуществляется подобно генерации в обычной батарейке, без преобразования химической энергии в электричество через механическое движение. Все технологии работают практически без загрязнения окружающей среды, отходом является обычная вода. Кроме работы на чистом водороде, изготовление которого весьма дорого, топливные элементы могут использовать и другие виды топлива с высоким содержанием водорода.
Всего сейчас разрабатывается не менее дюжины различных типов элементов с КПД от 40% до 60%. Одни из самых перспективных - технологии с протонообменной мембраной, углеродные и на твёрдых оксидах. При утилизации тепла или при использовании газовой турбины в сочетании с топливным элементом в комбинированном цикле возможно и достижение сверхвысокого КПД в 80%.
Принцип действия
Обычно в низкотемпературных топливных элементах используются: водород со стороны анода и кислород на стороне катода (водородный элемент) или метанол и кислород воздуха. В отличие от топливных элементов, одноразовые гальванические элементы содержат твердые реагенты, и когда электрохимическая реакция прекращается, должны быть заменены, электрически перезаряжены, чтобы запустить обратную химическую реакцию, или, теоретически, в них можно заменить электроды. В топливном элементе реагенты втекают, продукты реакции вытекают, и реакция может протекать так долго, как поступают в неё реагенты и сохраняется работоспособность самого элемента.
Преимущества
Топливные элементы обладают рядом ценных качеств, среди которых:
1. Высокий КПД
§ У топливных элементов нет жёсткого ограничения на КПД, как у тепловых машин (КПД цикла Карно является максимально возможным КПД среди всех тепловых машин с такими же минимальной и максимальной температурами).
§ Высокий КПД достигается благодаря прямому превращению энергии топлива в электроэнергию. Если в дизель-генераторных установках топливо сначала сжигается, полученный пар или газ вращает турбину или вал двигателя внутреннего сгорания, которые в свою очередь вращают электрический генератор. Результатом становится КПД максимум в 53 %, чаще же составляет порядка 35-38 %. Более того, из-за множества звеньев, а также из-за термодинамических ограничений по максимальному КПД тепловых машин, существующий КПД вряд ли удастся поднять выше. У существующих топливных элементов КПД составляет 60-80 %
§ КПД почти не зависит от коэффициента загрузки,
2. Экологичность
В воздух выделяется лишь водяной пар, что является безвредным для окружающей среды. Но это лишь в локальном масштабе. Нужно учитывать экологичность в тех местах, где производятся данные топливные ячейки, так как производство их само по себе уже составляет некую угрозу (ведь производство не может быть безвредным).
3. Компактные размеры
Топливные элементы легче и занимают меньший размер, чем традиционные источники питания. Топливные элементы производят меньше шума, меньше нагреваются, более эффективны с точки зрения потребления топлива. Применение топливных элементов позволит сократить затраты на логистику, снизить вес, продлить время действия приборов и оборудования.
1.5 Возобновляемые источники
Весь спектр установок, извлекающих электричество из возобновляемых источников, рассматривается как потенциальный вклад в инфраструктуру распределённой генерации. Ветер, солнце, приливы, геотермальные установки, микро-гидротурбины - любая технология, способная хотя бы частично обеспечить потребности здания или квартиры, может быть использована и в широкомасштабных проектах.
Преимущества возобновляемых источников энергии
· Возобновляемая энергетика базируется на самых разных природных ресурсах, что позволяет беречь невозобновляемые источники и использовать их в других отраслях экономики, а также сохранить для будущих поколений экологически чистую энергию.
· Независимость ВИЭ от топлива обеспечивает энергетическую безопасность страны и стабильность цен на электроэнергию.
· ВИЭ экологично чисты: при их работе практически нет отходов, выброса загрязняющих веществ в атмосферу или водоемы. Отсутствуют экологические издержки, связанные с добычей, переработкой и транспортировкой ископаемого топлива.
· В большинстве случаев ВИЭ-электростанции легко автоматизируются и могут работать без прямого участия человека.
· В технологиях возобновляемой энергетики реализуются новейшие достижения многих научных направлений и отраслей: метеорологии, аэродинамики, электроэнергетики, теплоэнергетики, генераторо - и турбостроения, микроэлектроники, силовой электроники, нанотехнологий, материаловедения и т.д. Развитие наукоемких технологий позволяет создавать дополнительные рабочие места за счет сохранения и расширения научной, производственной и эксплуатационной инфраструктуры энергетики, а также экспорта наукоемкого оборудования.
1. Применения
Распределённая генерация оказывается исключительно удобной во множестве случаев. При разработке нефтяных месторождений приходится сжигать огромное количество попутного газа - в регионах добычи нет возможностей ни для транспортировки, ни для переработки. При разработке полезных ископаемых приходится решать проблему шахтных газов. Использование микротурбин позволит и извлечь экономическую выгоду, и сберечь окружающую среду. Там, где нет централизованных сетей, электроэнергия и тепло могут быть использованы на самих месторождениях. А если нефть добывается по соседству с экономически развитым регионом, или есть сети, соединяющие район месторождений с населёнными районами - нефтяные скважины могут в совокупности стать огромной электростанцией. Попутный газ может превратить нефтяные поля Техаса в 400 МВт электростанцию.
Другая область применения - малонаселённые районы севера Европы или Америки, равно как и густонаселённые беднейшие районы Африки и Азии, где нет сетей. По оценкам Всемирного экономического совета, дотянуть линии электропередач хотя бы до одной трети из живущих без электричества людей будет стоить 10 000 долларов за километр. Стоит сравнить эту цифру с приведённой выше стоимостью генератора, способного снабдить током небольшую деревню.
В менее экзотических условиях для страны с развитой инфраструктурой энергоснабжения различные технологии распределённой генерации могут использоваться для решения самых разных задач.
Упоминавшаяся выше когенерация тепла и электричества, повышающая КПД любой энергетической установки, гораздо эффективнее в условиях распределённой генерации, так как тепло на большие расстояния не транспортируется.
Свалки больших городов и очистные сооружения городской канализации при утилизации метана в микротурбинах дадут не только дополнительную электроэнергию городу, но и примерно в 20 раз уменьшат загрязнение атмосферы по сравнению с его сжиганием.
Микрогенераторы обеспечивают наличие резервных мощностей для жизненно важных применений (госпитали, лифты, водопровод и канализация) или для тех отраслей, где цена сбоя слишком высока (телекоммуникации, финансы, непрерывное производство).
Привлекательной для потребителя оказывается и возможность экономии в периоды пиковых нагрузок и растущих цен. Развитие конкурентного рынка доведёт рано или поздно дифференциацию цен до уровня розничного потребителя, и близки уже те времена, когда цена кВт. ч будет меняться в реальном времени. Чем более адекватными будут ценовые сигналы, получаемые потребителем, тем выгоднее будет включать собственный генератор для арбитража между ценами топлива и электричества. С распространением топливных элементов даже электромобиль в гараже может стать выгодно подключать по вечерам к управляемой компьютером домашней электросети и использовать как дополнительный генератор.
распределенная генерация энергия электроснабжение
Использование микрогенераторов может способствовать поддержанию высокого качества энергии в централизованной сети и снижать потребность в затратах на реконструкцию и обновление сетей и подстанций. Распределённые генераторы позволяют осуществлять поддержку напряжения и частоты, уменьшать потери в сетях и затраты на поддержание центральных резервов. Подробнее услуги, которые владельцы распределённых генераторов могут оказывать сетевой или генерирующей компании, рассмотрены ниже.
2. Новые возможности распределенной генерации
Дерегулирование энергетических компаний и либерализация рынков, как и любые реформы, вызывают озабоченность и ожидания снижения надёжности энергоснабжения. Такие ожидания могут объясняться обычными паникёрскими настроениями, но ошибки государственных регуляторов и самих дерегулируемых в процессе реформ (а иногда и до их начала) слишком часто превращают опасения в реальность. Поэтому спрос на резервные мощности на заднем дворе или в подвале будет в ближайшее время только расти.
Но, обезопасив себя от возможных сбоев, потребители начинают искать возможности сэкономить или даже заработать. Опыт показывает, что после дерегулирования рынка первые возможности для экономии появляются сразу.
Например, компания Tampa Electric ввела специальную программу для тех владельцев резервных генераторов, которые могут снизить потребление в период пиковых нагрузок более чем на 25 кВт. Радиосигнал, принимаемый специальным прибором, указывает владельцу на потребность энергокомпании в снижении нагрузки. Компания платит потребителю в месяц 3 доллара за каждый кВт средней нагрузки, перенесённой на резервный генератор. Если после получения сигнала оператор запустит свои мощности в течение 30 минут, экономия будет ещё больше. Потребитель получает деньги, даже если в течение месяца компания ни разу не просила его о переключении.
С развитием реформ возникает и самое привлекательное использование распределённых генераторов - превратить миллионы частных домов, офисных зданий и предприятий в производителей и продавцов электроэнергии.
Реализация этой "программы-максимум" позволяет не только рассчитывать на включение собственного генератора в случае аварии или перегрузки местной электрической сети, но и следить за разницей цен на газ и электричество и играть на этой разнице, получившей название "искровой маржи", или просто продавать энергию в периоды пиковых нагрузок и высоких цен. Чем ближе создание рынка электроэнергии с изменяющимися в реальном времени ценами, тем привлекательнее становится такой "дополнительный" бизнес, могущий при некоторых условиях стать даже прибыльнее основного.
Не исключено, что интересы энергокомпаний и их лоббистский потенциал в государственных органах приведут к ограничению права продавать энергию через общую сеть для индивидуальных владельцев микрогенераторов. Однако, ограничивая это право, те же энергокомпании не прочь сами воспользоваться преимуществами новых технологий.
Природоохранные ограничения, стоимость земли и воды, государственное регулирование - есть тысячи препятствий для энергокомпании, решившей построить новую мощную электростанцию. Гораздо привлекательнее объединить под единым управлением сотни, а то и тысячи микрогенераторов, расположенных в жилом секторе, в больницах, в маленьких мастерских или в небольших офисах.
3. Подключение и тарификация
Наличие подключения к сети даёт возможность владельцу микрогенератора в случае выгодного для него стечения обстоятельств использовать варианты действий, недоступные в случае отсутствия такого подключения. Поэтому владелец готов будет заплатить сетевой и генерирующей компаниям определённую цену за сохранение такого подключения. Открывающиеся для подключённого к сети владельца возможности включают:
· Возможность продавать излишки энергии сбытовику, сети, или напрямую другим потребителям (если это позволено регулированием).
· Возможность покупать дополнительную энергию.
· Возможность покупать резервную энергию по долгосрочным контрактам.
· Возможность отказаться от собственной генерации и вновь стать покупателем энергии у сбытов или генераторов.
· Возможность арбитража между ценами на топливо (в основном газ) и электричество.
· Возможность продавать сетевой компании услуги по поддержке сети.
4. Проблемы подключения
На пути создания виртуальных электростанций надо решить ещё множество задач. Начнём с технологических.
Как говорилось выше, основные споры сегодня разворачиваются вокруг подключения распределённых генераторов к единой сети. Владельцы микрогенераторов хотят иметь подключение и для покупок резервной энергии, и для возможности осуществлять продажу своего избытка. Различия в типах используемых генераторов, технологиях, режимах нагрузки на объекте владельца микрогенератора (в доме, офисе, на предприятии)" все эти факторы усложняют внедрение единых стандартов. Условия подключения к единой сети многих генераторов зависят от состояния сегментов сети, общей мощности нагрузки, отношения мощности нагрузки к мощности подключаемых генераторов. При высокой суммарной мощности синхронизация множества распределённых генераторов создаёт сложную задачу расчёта и диспетчеризации.
Важной проблемой становится, например, отключения участка сети при авариях, так как наличие работающего у потребителя генератора может представлять угрозу для тех, кто работает на линии, полагая её отключённой.
Управление распределёнными генераторами требует создания телекоммуникационной сети и центра диспетчеризации. В центре (а может быть, и в самих местах генерации) должны осуществляться мониторинг рыночных цен, состояния сети и нагрузки, обработка информации соседних производителей и сбытовиков, и на основании этих данных приниматься решения об использовании мощностей. В местах размещения генераторов должно стоять специальное "умное" оборудование, способное по сигналам от удалённого диспетчерского центра управлять режимами работы генератора и энергопотреблением помещения, в котором он установлен. Возможные варианты телекоммуникационной сети, связывающей центр и генерацию, включают как использование телефонных каналов, входящих в дома, так и передачу данных по тем же самым электрическим проводам.
Для подключения генерирующего оборудования к сети потенциальному поставщику электричества требуется специальное оборудование, отвечающее требованиям по возможности дистанционного управления. Специальные счётчики, передающие результаты измерений в режиме реального времени, также должны стать стандартным элементом архитектуры распределённой генерации.
Предвидя нарастающие сложности, сетевые компании зачастую предлагают весьма сложную и дорогостоящую процедуру сертификации каждого конкретного подключения, реально тормозящую развитие рынка.
Тарификация энергии для потребителей с установленными генераторами становится непростой задачей. Обычная практика на сегодня состоит в установлении единого тарифа за кВт. ч, включающего плату как за текущее потребление, так и за подключение, поддержку сети, возможность использовать резервы (надёжность), и иные "фиксированные" услуги. Тем самым снижение текущего потребления у владельца микротурбины или топливного элемента перекладывает оплату фиксированных издержек генерирующих и сетевых компаний на других потребителей, не владеющих своими генераторами, или на акционеров энергокомпаний. Возможность выбора поставщиков и установление рыночных цен на отдельные услуги из пакета, покупаемого потребителем, будет способствовать решению этой проблемы.
Сама процедура измерения потреблённой и произведённой энергии для владельца генерирующих мощностей представляет проблему. Если генератор потребителя работает, его счётчик будет вращаться медленнее. Если генератор производит больше энергии, чем потребляется из сети, счётчик просто закрутится в обратную сторону. Если использовать такой нетто-результат для определения оплаты по стандартному розничному тарифу, то получится весьма выгодный бизнес " владелец генератора продаёт свою энергию обратно сбытовой компании по розничным ценам. Сегодня в условиях единого тарифа оптовая цена включает плату за резервирование мощностей, а розничная цена включает ещё и плату за передачу и распределение, за надёжность и обслуживание. Тем самым потребитель-владелец генератора получает оплату за услуги, которых в реальности не оказывает. Разделение услуг и тарифов поможет решить и эту проблему. Альтернативным решением является установка более дорогого измерительного оборудования, позволяющего учитывать потребление и производство отдельно. Выход всё более широких слоёв производителей электроэнергии на дерегулированный рынок, на котором цены меняются ежечасно, потребует для организации продаж энергии от распределённых генераторов более совершенных счётчиков, способных учитывать распределение потреблённой и произведённой энергии по времени суток.
2. Режимы работы автономных систем электроснабжения
Как правило, выпускаемое ведущими производителями генерирующее оборудование, предназначенное для распределенной генерации электроэнергии (дизель-генераторы, микротурбинные или газопоршневые установки) имеет возможность работы в двух различных режимах:
· в "островном" (автономном) режиме - без присоединения к сетям
· параллельно с сетями
Отличие состоит в способе управления генерацией электрической энергии для каждой единицы оборудования.
1. Автономный (островной) режим
К выходным клеммам оборудования подключена только электрическая нагрузка объекта.
Нагрузка может изменяться от 0 до 100%, при этом оборудование генерирует электрическую энергию, обеспечивая постоянный уровень напряжения независимо от нагрузки (0,4; 6,3; 10,5 кВ). В этом режиме выходное напряжение - главный параметр, который поддерживается автоматикой генерирующего оборудования.
Если энергокомплекс состоит из параллельно включенных единиц оборудования, уровни напряжения и фазы между ними должны быть строго синхронизированы и автоматически регулироваться для обеспечения равномерной загрузки генерирующего оборудования. Для этого, как правило, используется специальная система управления, выполненная в виде отдельного модуля или поставляемая в составе каждой единицы оборудования.
Рисунок 2. Пример включения в автономном режиме
2. Режим параллельно с сетью
Генерирующее оборудование подключается параллельно к сетям и к локальной электрической нагрузке. Для генерирующего оборудования сеть представляет собой источник напряжения 400 В неограниченной мощности с внутренним сопротивлением, близким к 0. Потребляемая мощность локальной нагрузки пренебрежимо мала по сравнению с мощностью сети и в этих условиях нагрузка никак не влияет на параметры сети (напряжение, фаза, частота).
Генерирующее оборудование при таком соединении оказывается подключенным параллельно к источнику напряжения и может генерировать электрический ток (передавать электрическую мощность) в направлении локальной нагрузки и сети в любом количестве (в силу низкого внутреннего сопротивления сети), в пределах собственной выходной мощности.
Рисунок 3. Пример подключения параллельно с сетью
Таким образом, в отличие от "островного" режима, где происходит генерация напряжения, в данном случае генерируется ток (Current Mode). Количество электрической энергии (мощности), передаваемой в сеть и в локальную нагрузку, может регулироваться. Данная возможность позволяет при необходимости автоматически регулировать суммарную мощность генерации энергокомплекса.
Каждая единица оборудования самостоятельно синхронизируется с сетевым напряжением и контролирует его параметры. Специальные меры по синхронизации работы между единицами генерирующего оборудования в данном режиме не требуются, следовательно, теоретически параллельно с сетями может быть включено любое количество единиц оборудования.
Работа параллельно с сетями широко распространена в западных странах благодаря наличию законодательного разрешения и существующим тарифам передачи энергии от распределенных источников в сеть, благодаря чему использование этого режима экономически выгодно.
В РФ работа генерирующего оборудования параллельно с сетями в настоящее время встречается редко из-за отсутствия разрешений сетевых компаний на передачу энергии в сеть и отсутствия соответствующих тарифов.
3. Режим "следования за нагрузкой"
Рисунок 4. Пример включения в режиме "следования за нагрузкой"
Имеется возможность организации работы энергокомплекса параллельно с сетями, но без передачи электрической энергии в сеть. Этот режим работы имеет наименование "следование за нагрузкой".
На основании показаний измерительного контроллера система определяет значение мощности, потребляемой от сети на вводе. При изменении локальной нагрузки это значение меняется: при росте локальной нагрузки - увеличивается, при её уменьшении - падает, при дальнейшем уменьшении нагрузки начинается передача мощности в сеть. Программно-аппаратный комплекс при любом уровне локальной нагрузки предотвращает такую передачу:
При настройке системы программно задается минимальное значение мощности, потребляемой от сети.
По достижении заданного минимального значения контроллер в соответствии с алгоритмом изменяет мощность генерации всех генерирующих установок таким образом, чтобы предотвратить передачу электрической энергии от генерирующих установок в сеть и поддерживать заданное минимальное значение мощности, то есть поддерживает соотношение Pлн>Pген (см. рис.5, а)
Вследствие функционирования такого алгоритма энергоблок при любых значениях локальной нагрузки работает с некоторым потреблением энергии от сети.
Уровень минимальной потребляемой мощности от сети - настраиваемая величина, зависит от графиков изменения локальной нагрузки.
Рисунок 5. Распределение мощности генерирующих установок при различных соотношениях мощности нагрузки и генерации
Таким образом, реализация режима "следования за нагрузкой" для работы энергоблока позволяет выполнить одно из основных технических требований энергоснабжающих организаций - исключить передачу электрической мощности в сети и одновременно использовать преимущества работы оборудования параллельно с существующими сетями электроснабжения. При использовании такого режима потребление электроэнергии из сетей резко сокращается (при стабильной нагрузке - практически до 0), что при высоких тарифах дает существенную экономию средств.
Заключение
Тенденции развития электроэнергетики в мире связаны не только с ростом масштабов производства электроэнергии на традиционных крупных электростанциях, но и с увеличением доли распределенной генерации. Эти тенденции определяются появлением новых высокоэффективных энергетических технологий, ростом доли высококачественных видов топлива, ужесточением экологических требований, стимулирующем использованием ВИЭ при протекционистской политике государств.
Мировые тенденции органичного сочетания централизованной и распределенной генерации характерны и для России. Более половины территории России не электрифицировано вообще, и здесь распределенная генерация как нельзя кстати. Климатические и географические особенности порождают более высокую, чем в других странах, потребность в электроэнергии и тепле. Огромные расстояния в совокупности низкой плотностью населения делают централизованное энерго - и теплоснабжение очень дорогим. А доступность энергоресурсов, дополненная прочими достоинствами распределенной генерации, делают ее весьма привлекательной.
Рост доли распределенной генерации в ЭЭС не только имеет положительные стороны, но и создает определенные технические проблемы, которые связаны с изменением свойств систем, возможностей управления ими в нормальных и аварийных условиях. Эти проблемы решаемы, однако при этом усложняется диспетчерское и автоматическое управление ЭЭС, требуется разработка новых математических моделей по обоснованию развития ЭЭС и систем электроснабжения, анализу их режимов и управлению ими. В данной работе были рассмотрены три режима подключения отдельных генерирующих блоков к системе и представлен пример решения проблемы с передачей энергии в сеть.
Список использованной литературы
1. Энергетика XXI века: Условия развития, технологии, прогнозы / Л.С. Беляев, А.В. Лагерев, В.В. Посекалин; Отв. ред.Н.И. Воропай. Новосибирск: Наука, 2004, 386 с.
2. Безруких П.П. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии // Энергетическая бе-зопасность и малая энергетика. XXI век. Сб. докл. Всерос. н. - т. конф. Санкт-Петербург, 3-5 декабря 2002 г., с.30-45.
3. Воропай Н.И., Ефимов Д.Н. Требования к противоаварийному управлению ЭЭС с учетом изменения условия их развития и функционирования // Надежность либерализованных систем энергетики. Новосибирск: Наука, 2004, с.74-84.
4. http://raoreform. elektra.ru
5. http://www.electrosystems.ru/
6. http://www.rushydro.ru/industry/biblioteka/14289.html
7. http://zodiak-energo.ru/articles/article/109/
8. http://ru. wikipedia.org
Подобные документы
Современные методы генерации и использование электричества из энергии ветра. Экономические и экологические аспекты ветроэнергетики, перспективы развития в РФ. Моделирование систем электроснабжения на базе дизель-генератора и ветроэлектрической установки.
дипломная работа , добавлен 29.07.2012
Виды нетрадиционных возобновляемых источников энергии, технологии их освоения. Возобновляемые источники энергии в России до 2010 г. Роль нетрадиционных и возобновляемых источников энергии в реформировании электроэнергетического комплекса Свердловской обл.
реферат , добавлен 27.02.2010
Проблемы развития и существования энергетики. Типы альтернативных источников энергии и их развитие. Источники и способы использования геотермальной энергии. Принцип работы геотермальной электростанции. Общая принципиальная схема ГеоЭС и ее компоненты.
курсовая работа , добавлен 06.05.2016
История использования энергии ветра. Современные методы генерации электроэнергии, конструкция ветрогенератора с тремя лопастями и горизонтальной осью вращения. Мировые мощности ветряной энергетики, проблемы, экологические аспекты и перспективы развития.
реферат , добавлен 21.11.2010
Распространение солнечной энергии на Земле. Способы получения электричества из солнечного излучения. Освещение зданий с помощью световых колодцев. Получение энергии с помощью ветрогенераторов. Виды геотермальных источников энергии и способы ее получения.
презентация , добавлен 18.12.2013
Классификация возобновляемых источников энергии. Современное состояние и перспективы дальнейшего развития гидро-, гелео- и ветроэнергетики, использование энергии биомассы. Солнечная энергетика в мире и в России. Развитие биоэнергетики в мире и в РФ.
курсовая работа , добавлен 19.03.2013
Характеристика возобновляемых источников энергии: основные аспекты использования; преимущества и недостатки в сравнении с традиционными; перспективы использования в России. Способы получения электричества и тепла из энергии солнца, ветра, земли, биомассы.
курсовая работа , добавлен 30.07.2012
Использование возобновляемых источников энергии, их потенциал, виды. Применение геотермальных ресурсов; создание солнечных батарей; биотопливо. Энергия Мирового океана: волны, приливы и отливы. Экономическая эффективность использования энергии ветра.
реферат , добавлен 18.10.2013
Описания ветроэнергетики, специализирующейся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в любую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве. Изучение современных методов генерации электроэнергии из энергии ветра.
презентация , добавлен 18.12.2011
Возрастание интереса к проблеме использования солнечной энергии. Разные факторы, ограничивающие мощность солнечной энергетики. Современная концепция использования солнечной энергии. Использование океанской энергии. Принцип действия всех ветродвигателей.
Я.М. Щелоков, доцент, кафедра «Энергосбережение» УГТУ-УПИ
В настоящее время регулярно обсуждается тема, чаще всего, под названием «Будущее ТЭЦ в России». Обычно рубрика этой темы - экономика и управление. Предлагаю максимально расширить рубрики для этой, безусловно, исключительно важной темы. В качестве одной из альтернатив следует чаще обращаться к ней в рамках темы, которую следует определить как «Энергетика чрезвычайных ситуаций». В сложившихся экономических и политических условиях эта тематика расширяет круг вопросов, которые возникают при рассмотрении экономических и технических особенностей развития комбинированных энергоисточников в существующих условиях.
Эту проблему можно разделить на две: производственную и жилищно-коммунальную.
Производственные чрезвычайные ситуации можно условно отнести к локальным. Но все это относительно. Например, чрезвычайная ситуация в 2003 г. на ТЭЦ Нижнетагильского металлургического комбината (НТМК) в Свердловской области, вызванная нарушениями в системе технического водоснабжения комбината, привела к остановке не только производства, но и к ограничениям по коммунальному теплоснабжению. Исключению крайних последствий содействовали стечение обстоятельств и/или возможные итоги глобальных потеплений.
В коммунальной части этой проблемы под названием «чрезвычайная ситуация» в настоящих условиях можно прогнозировать развитие событий как стремящихся к бесконечности, несмотря на все больший интерес к этой проблеме со стороны уважаемых силовых структур. Эта тема все меньше остается технической, а обстоятельно осваивается в организационно-правовом поле и с учетом времени года, уровня заинтересованности в электорате, меняет амплитуду политических интересов соответствующих сторон. Рецептов решения этой проблемы много. Всяких. Один поступил недавно от верхнего уровня управления РАО «ЕЭС России» - переход к свободному рынку энергии, при сохранении централизованного диспетчерского управления ее распределением. Проще говоря - рынок энергии свободный, а схема обеспечения конкретным ресурсом может быть и дискретная, при наличии хотя бы одного запорно-регулирующего органа между поставщиком и потребителем. Наверно, такое возможно. Но реальной обратной связью здесь может быть - наличие у потребителя (группы потребителей) собственных генерирующих мощностей, хотя бы в минимально возможном объеме. Указанный минимальный объем следует определить следующим образом - мощность собственных нужд (резервное водоснабжение, освещение и т.п.) плюс мощность потребителей 1 категории на предприятиях с непрерывным циклом производства.
Но если судить по материалам публикаций на эту тему, надеяться потребителям на быстрое взаимопонимание со стороны сетевиков и владельцев генерирующих мощностей здесь не приходится. Более того, согласно статьи 26 Федерального Закона от 26.03.03 № 35-ФЗ «Об электроэнергетике» технологическое присоединение энергоустановок к электрическим сетям осуществляется на основе договора и на платной основе. При этом должны быть компенсированы различные затраты: на проведение мероприятий по технологическому присоединению нового объекта к электрическим сетям, на содержание резервных генерирующих и передающих мощностей и т.д. Новейшим федеральным законодательством потребителю предложена дискретная система: за все плати или создавай свою собственную «монополию» электроснабжения.
Поэтому следует прогнозировать, что одной из основных тем для руководителей всех предприятий с энергоемким производством в ближайшем будущем будет проблема энерго-, а точнее электрообеспечения.
Особенность ситуации в том, что именно в 2003 г. начал работу (пока для избранных) свободный рынок электроэнергии с администратором торговой сети.
Учитывая скромный опыт нового субъекта в нашей рыночной среде, обратимся к итогам работы аналогичных структур в мировой практике, где эти процессы развиваются уже четверть века. Данные итоги подробно обсуждались на рубеже смены веков в соответствующих СМИ и особенно в Интернете.
Сформулируем некоторые выводы, прозвучавшие в связи с этим, в основном из опыта США.
□ Развитие рынка ведет к росту степени неопределенности будущего.
□ Объем продаж электроэнергии в США ежегодно возрастал на 2,1%, а прирост сетевой мощности только на 0,8%.
□ Электросистема США оказалась не готова к обмену электроэнергией на высококонкурентном рынке.
□ Потребители считают перспективным строить собственные ТЭЦ вместо бывших котельных.
□ Необходимо разработать специальные регулирующие акты, стимулирующие вложения средств в строительство ТЭЦ.
Оказывается, что современные проблемы ТЭЦ - это не чисто российское изобретение. В том же свободном мире получает развитие процесс, скажем так, передела теплофикационной нагрузки. И потребители в этом переделе занимают активную позицию.
Вот некоторые общие итоги развития рынка электроэнергии США.
□ Спорность имеющихся достижений и бесспорность кризиса электроснабжения.
□ Продукт высшего качества - когда производишь его сам.
Возможно, что все это издержки роста. Но, похоже - они в той или иной степени неизбежны. Как один из результатов, появился новый термин «распределенная энергетика». Согласно www . co generation . ru , американский эксперт по распределенной энергетике Том Кастен предсказывает, что США понадобится к 2010 г. около 137000 МВт новых мощностей. По Кастену, выполнение этих требований потребует 84 млрд долл. для строительства новых электростанций и 220 млрд долл. для новых средств передачи и распределения электроэнергии, т.е. суммарно потребуется 304 млрд долл. Выполнение того же требования с применением распределенной энергетики потребует 168 млрд долл. для новых электростанций, но при 0 долл. для линий электропередач. Почему указаны столь большие затраты на строительство новых линий электропередач? Очевидно, это связано с неизбежностью прокладки высоковольтных связей над частной собственностью, возникновения экологического противоборства.
В Европе существует Европейская Ассоциация Когенерации (Cogen Europe), которая также предсказывает бурный рост доли когенерации в производстве электроэнергии.
Хотелось бы ошибиться, но вряд ли у нас в России достаточно полно учтен мировой опыт при формировании правил свободного рынка
электроэнергии. Кроме неизбежного роста проблем по мере развития частной собственности на источники энергоснабжения, на землю, леса, ужесточения экологических требований, в наших условиях есть специфика. Чего стоит только проблема свободного рынка вторичных цветных, да и черных металлов? Все что произведено - уже вторично.
И все это в условиях неизбежности перекрестного субсидирования. Но вернемся к особенностям ситуации в США. Большинство новых генерирующих мощностей за последние годы было построено независимыми производителями! Возможно, по той причине, что постоянно идет процесс слияния (поглощения) энергосистем.
Хорошо, если этот процесс идет в пределах маломальских правил. А если у нас этот передел пойдет по аналогии с «правилами» по захвату собственности на овощных базах?
В мировой практике распределенная энергетика уже состоялась, как одно из неизбежных условий энергетической безопасности.
В наших условиях, большинство производителей продукции (потребителей электроэнергии) считают, что это пока экономически невыгодно. Хочется задать вопрос: учитывалось ли при этом, что:
□ с одной стороны, инфраструктура управления и контроля за энергопотоками постоянно усложняется и все более автоматизируется?
□ с другой стороны, усиливается необходимость защиты от всех видов помех, аварий, инцидентов, а так же от таких субъективных факторов: административный, монопольный, менталитетный, перестроечный и т.д.?
□ и почему потребитель должен все оплачивать монополисту от электроснабжения, когда именно потребитель является собственником теплофикационной нагрузки? Именно этот товар во многом и должен определять договорные цены в соглашениях заинтересованных сторон.
Новая тенденция или реальная необходимость?Российская Единая энергосистема сегодня является крупнейшим в мире централизованно- управляемым объединением. Долгий промежуток времени никаких альтернатив ему не было. Но современные тенденции таковы, что доля распределенной генерации в нашей энергетике растет достаточно быстро. Пока еще ее удел в общем балансе не очень значителен, но эксперты уверены, что совсем скоро большие потребители откажутся от Единой энергосистемы и будут использовать собственные генерирующие мощности.
Следует отметить, что тенденция перехода от централизованной системы энергоснабжения в пользу распределенной генерации в последнее время достаточно широко распространяется во всем мире. Более 12% крупнейших мировых производителей используют свои генерирующие источники. Абсолютный лидер в этой сфере – Дания. Здесь половина производств осуществили переход на собственные мощности. А их доля в США, по прогнозам экспертов скоро составит более 20%. В России же эта цифра сегодня не превышает 6%.
Представители ведущего производителя оборудования для источников распределенной генерации фирмы «Катерпиллер», говорят о том, что ею поставлено и установлено на сегодняшний день более 15 тысяч ГТУ и ПГУ разных мощностей по всему миру. При этом, следует учесть, что это данные только одного изготовителя.
Российские таможенные органы представили сведения о том, что в 2011-2012 годах в нашу страну импорт агрегатов малой и средней генерации составил 11% от общих объемов всех новых крупных генерирующих мощностей. В «Сколково» определили, что доля распределенной генерации за последние несколько лет в общей сложности увеличилась на 33%, в то время как потребление в Единой энергосистеме прибавило только 3%.
Сейчас попытаемся разобраться, в чем причины такой стремительно растущей популярности, и что представляет собой сама распределенная генерация.
Распределенной генерацией считаются те объекты, которые находятся в непосредственной близости от конечного потребителя. При выборе их мощности учитывается ожидаемая мощность потребителя, а также определенные существующие ограничения – технологические, правовые и т.д. В таком случае она может варьироваться от 2-3 кВт. до нескольких сотен. Важным является тот факт, что при наличии подобного источника энергии потребитель не отключается от общей сети.
Определение распределенной генерации достаточно широкое, но на данный момент все же можно выделить несколько категорий такого типа генерирующих мощностей, использующихся сегодня в России.
1. Блок – станции – это источники электричества или тепла, расположенные на территории или поблизости от промышленных предприятий и принадлежащие владельцам этих предприятий на правах собственности или других законных основаниях. Как правило, такие станции являются весьма выгодными для их хозяев, так как источником деятельности этих агрегатов могут выступать побочные продукты основного производства, например, попутный или доменный газ и многие другие.
2. Второй вид объектов, которые относятся к источникам распределенной генерации – теплоэлектроцентрали. Они работают в комбинированном производстве электричества, при этом коэффициент использования топлива повышается на 30%. При такой выгоде определенные затраты и неудобства сооружения и эксплуатации тепловых сетей становятся весьма приемлемыми.
3. К объектам распределительной генерации относятся также газотурбинные и газопоршневые станции, а также, пока еще мало распространенный в России тип электростанций на возобновляемых источниках энергии.
В нашей стране определяющими факторами, которые являются своеобразным толчком к развитию малой распределенной генерации, являются постоянный рост тарифов и проблемы подключения к сетям. Эксперты предполагают, что уход потребителей в сферу собственных проектов автономного энергетического обеспечения в скором времени приобретет массовый характер.
Статистика говорит о том, что цена электроэнергии для конечного потребителя на высоком и среднем напряжении за несколько последних лет увеличилась более чем в 5 раз, и тенденция такова, что ее стоимость будет продолжать расти.
Одна из основных причин увеличения тарифов – повсеместный износ сетей и необходимость больших инвестиций в эту сферу. Еще лет 10-15 назад ситуация в энергетике по сравнению с другими отраслями промышленности была достаточно благополучной, но где-то в 2005 году по фактору износа производственных фондов электроэнергетика заняла отстающие позиции.
В последнее время модернизация была очень медленной и недостаточной для того, чтобы привести сети в надлежащее состояние. Новые мощности вводились в основном в сибирских и дальневосточных районах. Таким образом, к сегодняшнему моменту большая часть основных фондов имеет критическую степень износа: процесс старения оборудования продолжается быстрыми темпами, и возможно, что в ближайшее время может потребоваться вывод из баланса немалых объемов генерирующих мощностей.
Аналитики, оценивая сложившуюся ситуацию, прогнозируют, что после того, как стоимость электроэнергии достигнет своей пороговой черты, потребители массово начнут уходить из сетей, что автоматически станет причиной роста тарифов для оставшихся. В этом и кроется суть повышения цен на электроэнергию для небольших потребителей на низком напряжении, у которых, по сравнению с крупными, пока нет большой потребности для собственного обеспечения электроэнергией.
По мнению председателя наблюдательного совета НП «Сообщество потребителей энергии» Александра Старченко, «с точки зрения экономики в нашей стране государство, ежегодно поднимая тарифы на услуги по передаче, по сути, является самым эффективным «сторонником» строительства распределенной генерации. На сегодняшний день строительство собственной генерации – наиболее действенный способ для тех потребителей, для кого это технически возможно, стать независимыми от тех странных регуляторных решений, которые принимаются у нас в стране в области электроэнергетики».
Можно выделить несколько преимуществ распределенной генерации, которые способствуют ее широкому распространению и популярности:
Рост энергоэффективности по причине того, что электроэнергия производится за счет использования единого источника первичной энергии;
Отпадает необходимость реконструкции и ввода новых сетевых инфраструктур;
Источники напряжения расположены в непосредственной близости от нагрузки. Таким образом, увеличивается надежность энергоснабжения, поддерживается должный уровень сетевого напряжения и уменьшаются риски потери устойчивости;
Снижаются потери в сети и перетоки реактивной мощности;
Финансовый риск, связанный с малой и средней генерацией, существенно ниже, чем у объектов с большими мощностями;
Возможность террористических атак для таких объектов весьма низкая, потому что их защита от подобного рода инцидентов связана с системой охраны самого предприятия, где данные агрегаты установлены;
Затраты энергосбережения носят предсказуемый характер;
Надежность энергоснабжения для владельца такого объекта весьма высока, так как подавляющее количество перебоев в энергоснабжении сопряжено с внештатными ситуациями в сетевой отрасли;
Независимость расширения производства от необходимости развития сетевой инфраструктуры;
Нет необходимости оплачивать технологическое присоединение к сетям.
Препятствием к развитию распределенной генерации в нашей стране могут стать следующие факторы:
Большие таможенные пошлины на оборудование и источники, которые ввозятся из-за рубежа;
Сложности при техническом регулировании и лицензировании во время строительства энергетических объектов распределенной генерации. Так как ТЭЦ, в том числе и малые энергетические объекты, относят к разряду опасных производственных. В этом случае необходимо подтверждение того, что они соответствуют техническому регламенту о безопасности, а также подтверждение, по которому эти объекты соответствуют требованиям энергоэффективности. Помимо этого, нужна лицензия на осуществление таких видов деятельности, как эксплуатация взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектов;
Негативное отношение сетевых компаний. Дело в том, что распределенная генерация становится причиной выпадающих расходов сетевиков, так как выступает сдерживающим фактором роста инвестиций электросетей и фактором снижения объемов продаж электричества и мощностей генерирующим компаниям;
Отношение системного оператора, которое является двойственным при строительстве объектов данного вида генерации. С одной стороны рост объектов распределенной генерации положительно сказывается на надежности энергоснабжения, что является существенным плюсом. Но с другой стороны – с увеличением объектов, требующих управления или наблюдения, добавляются хлопоты и затраты на персонал;
При распространении распределенной генерации возникают и определенные технические проблемы. Так, объекты такого вида энергообеспечения зачастую представляют собой новое оборудование, которое ввозится из-за рубежа, и обладает новыми техническими характеристиками и возможностями управления. Подключение этих объектов к распределительной сети становится причиной увеличения токов короткого замыкания, что может повлечь за собой замену коммутационных аппаратов, изменение настроек защит и т.д. Многие из подобного рода сложностей ложатся на плечи распределительных сетей, а у них может не быть персонала, который способен справится с данными ситуациями.
Можно сделать вывод, что большинство проблем, которые образовываются при строительстве собственных энергетических объектов, возникает в области взаимодействия с Единой энергетической системой, потому что пока нет достаточной необходимой технической и нормативной базы для качественной интеграции. Зачастую потребитель сам ищет документационные и юридические схемы для реализации таких проектов. Но в существующих условиях даже эти трудности вряд ли способны сдержать рост сферы распределенной генерации, потому как ее плюсы в сложившейся ситуации для многих потребителей являются очевидными и весомыми.
А самое разумное решение в развитии энергетической отрасли на сегодняшний день эксперты видят в интеграции и сочетании централизованного производства электричества и тепла и локальных источников.
