Оценка пользы малой энергетики

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

Содержание

Введение

Глава 1. Объекты малой гидроэнергетики

Глава 2. Недостатки и проблемы малой энергетики

Заключение

Список использованной литературы

Введение

В настоящее время в целом ряде стран дальнего зарубежья наблюдается бурное развитие возобновляемой энергетики. По прогнозам экспертов ожидается дальнейшее усиление этой тенденции. В пользу этого говорят как неисчерпаемость энергетических ресурсов (ветер, солнечная энергия, энергия воды), так и их экологическая безопасность.

Сегодня мировым лидером в области энергопроизводства, о которой идет речь, является Китай. Развитие и более широкое применение возобновляемых источников энергии способствует решению таких актуальных проблем, как проблема экологии, обеспечение населения продовольствием и насыщение энергетического рынка без ущерба природным богатствам.

На постсоветском пространстве использование ВИЭ направлено прежде всего на решение социальных проблем, снижение уровня безработицы, развитие малого бизнеса, повышение качества жизни населения, уровня образования и культуры. Очевидно, что изменение экономического строя в бывшем СССР отразилось в худшую сторону на обеспеченности удаленных районов энергетическими ресурсами. Увы, это примета сегодняшнего дня: более 10 млн. человек, проживающих на 70% территории России, не имеют централизованного энергоснабжения.

Потенциал мини- и микроГЭС использован примерно на 0,5%. Дело в том, что число малых ГЭС с 8 тыс. в пятидесятых годах сократилось до 300 в девяностых. Чаще всего внедрению и распространению мини- и микроГЭС препятствуют отсутствие финансовых средств у заказчика и недооценка возможностей ВИЭ региональными властями.

Но есть хорошая новость: начинается процесс восстановления разрушенных и строительства новых мини- и микроГЭС. В данной связи небезынтересным представляется опыт АОЗТ "Межотраслевое научно-техническое объединение "ИНСЭТ" (Санкт-Петербург).

С 1988 г. данное предприятие специализируется на разработке, изготовлении, комплексной поставке и монтаже микроГЭС мощностью от 3 до 100 кВт и гидроагрегатов для малых ГЭС единичной мощностью до 5000 кВт. Специалисты "ИНСЭТ" выполняют обследование и оценивают ресурсный потенциал региона и конкретно того места, где будет располагаться микроГЭС, а также осуществляют сервисное обслуживание возведенной станции. В сумме весь комплекс услуг (обследование, предпроектные проработки, составление проекта, создание агрегата) стоит немалых денег, но заказчику в любом случае выгодно иметь свою электростанцию. Его затраты окупаются.

Так, ситуация в регионе нахождения фирмы "ИНСЭТ" (Ленинградская обл.) следующая: здесь насчитывается около 30 малых ГЭС, которые сейчас бездействуют, поскольку продавать электроэнергию по существующему тарифу малоэффективно. По оценкам специалистов, переоборудование ГЭС и их реконструкция окупятся через 5-10 лет.

Но возможно ли хотя бы частичное привлечение инвестиций на строительство малых ГЭС путем экспортирования электроэнергии? Исследования показывают, что водные ресурсы Карельского перешейка позволяют выработать достаточное количество электроэнергии для нужд и Карелии, и Финляндии, и Ленинградской, Новгородской, Псковской и прилегающих к этой единой гидросистеме областей. (Иное дело, что до сих пор продажа электроэнергии за рубеж не регламентирована нормативными актами России. Единственная организация, продающая электроэнергию за границу, -- РАО ЕЭС.) Бюджетные же средства, выделенные на развитие возобновляемой энергетики в России, составляют всего 10 млн. RUR. На эти деньги сложно построить даже одну ГЭС.

Цель работы - оценка пользы малой энергетики.

Глава 1. Объекты малой гидроэнергетики

В самом деле, почему одним из наиболее эффективных направлений развития нетрадиционной энергетики является использование энергии небольших водотоков с помощью мини- и микроГЭС? Это объясняется, с одной стороны, значительным потенциалом таких водотоков при сравнительной простоте их использования, с другой -- практическим исчерпанием гидроэнергетического потенциала крупных рек в этом регионе. Объекты малой гидроэнергетики условно делятся на два типа: "мини", обеспечивающие единичную мощность до 5000 кВт, и "микро" (эти станции работают в диапазоне от 3 до 100 кВт). Постоянный рост цен на органическое топливо ведет к значительному удорожанию электроэнергии, доля которой в себестоимости производимой продукции нередко превышает 20%. На этом фоне малая гидроэнергетика обретает новую жизнь.

Вообще современная гидроэнергетика как таковая по сравнению с другими традиционными видами электроэнергетики является наиболее экономичным и экологически безопасным способом получения электроэнергии. Малая гидроэнергетика идет в этом направлении еще дальше. Небольшие электростанции позволяют сохранять природный ландшафт, окружающую среду не только на этапе эксплуатации, но и в процессе строительства. При последующей эксплуатации отсутствует отрицательное влияние на качество воды: она полностью сохраняет первоначальные природные свойства. В реках сохраняется рыба, вода может использоваться для водоснабжения населения. В отличие от других экологически безопасных возобновляемых источников электроэнергии (солнца, ветра), малая гидроэнергетика практически не зависит от погодных условий и способна обеспечить устойчивую подачу дешевой электроэнергии потребителю. энергетический безопасность обслуживание станция

С другой стороны, в условиях, когда ископаемые источники энергии (нефть, уголь, газ) истощаются и постоянно дорожают, использование дешевой, доступной, возобновляемой энергии рек, особенно малых, позволяет вырабатывать дешевую электроэнергию. К тому же, сооружение объектов малой гидроэнергетики низкозатратно и быстро окупается. Так, при строительстве малой ГЭС установленной мощностью около 500 кВт стоимость строительно-монтажных работ составляет порядка 14,5-15,0 млн RUR. При совмещенном графике разработки проектной документации, изготовления оборудования, строительства и монтажа малая ГЭС вводится в эксплуатацию за 15-18 месяцев. Себестоимость электроэнергии, вырабатываемой на подобной ГЭС, составляет не более 0,45-0,5 рублей за 1 кВтч, что в 1,5 раза ниже, чем стоимость электроэнергии, в настоящее время фактически реализуемой федеральной энергосистемой. Таким образом, затраты на строительство перспективных объектов окупаются за 3,5-5 лет. Реализация такого проекта с точки зрения экологии не нанесет ущерба окружающей среде. Реконструкция же выведенной ранее из эксплуатации малой ГЭС обойдется в 1,5-2 раза дешевле.

Сегодня проектированием и разработкой оборудования для таких ГЭС занимаются многие российские научно-производственные организации и фирмы. Что же касается вышеупомянутого санкт-петербургского МНТО "ИНСЭТ", то это одна из крупнейших постсоветских компаний подобного профиля. Специалистами "ИНСЭТ" разработаны и защищены патентами оригинальные технические решения систем автоматического управления малыми ГЭС. Использование таких систем не требует постоянного присутствия на объекте обслуживающего персонала -- гидроагрегат надежно работает в автоматическом режиме. Система управления может быть выполнена на базе программируемого контроллера, который позволяет визуально контролировать параметры гидроагрегата на экране компьютера.

Гидроагрегаты для мини- и микроГЭС, выпускаемые МНТО "ИНСЭТ", предназначены для эксплуатации в широком диапазоне напоров и расходов с высокими энергетическими характеристиками и выпускаются с пропеллерными, радиально-осевыми и ковшовыми турбинами. Проточные части всех турбин разработаны с использованием метода математического моделирования. Наиболее ответственные узлы под контролем специалистов "ИНСЭТ" серийно изготавливаются на конверсионных оборонных заводах Санкт-Петербурга с использованием новейших технологий, что позволяет обеспечить их высокое качество. В комплект поставки изготавливаемого серийно оборудования (рис. 1) входят энергоблок (3 -- турбина, 5 -- генератор), водозаборное устройство (1 и 2), выпускной коллектор (4) и устройство автоматического регулирования (6).

Малые ГЭС, поставляемые МНТО "ИНСЭТ", -- это надежные, экологически чистые, компактные, быстроокупаемые источники электроэнергии для деревень, хуторов, дачных поселков, фермерских хозяйств, а также мельниц, хлебопекарен, небольших производств в тех отдаленных, горных и труднодоступных районах, где отсутствует сеть линий электропередач. (Несложный расчет показывает, что сегодня строить ЛЭП получается и дольше, и дороже, чем приобретать и устанавливать малые ГЭС.) Имеется успешный опыт эксплуатации оборудования на перепадах уже существующих плотин, каналов, систем водоснабжения и водоотведения промышленных предприятий и объектов городского хозяйства, очистных сооружений, оросительных систем и питьевых водоводов.

Малая энергетика -- это на сегодняшний день наиболее экономичное решение энергетических проблем для территорий, относящихся к зонам децентрализованного электроснабжения, которые составляют более 70% территории России. Обеспечение энергией удаленных и энергодефицитных регионов требует значительных затрат. И здесь далеко не всегда выгодно использовать мощности существующей федеральной энергосистемы. Гораздо экономичнее развивать мощности малой энергетики, экономический потенциал которой в России превышает потенциал таких возобновляемых источников энергии, как ветер, солнце и биомасса, вместе взятых.

В рамках национальной энергетической программы предприятие "ИНСЭТ" разработало "Концепцию развития и схему размещения объектов малой гидроэнергетики на территории Республики Тыва", в соответствии с которой уже полтора года назад была введена в эксплуатацию малая ГЭС в поселке Кызыл-Хая. В настоящее время гидроагрегаты от "ИНСЭТ" эксплуатируются, помимо России (Кабардино-Балкария, Башкирия), в других странах СНГ (Беларусь, Грузия), а также в Латвии, Японии, Южной Корее, Бразилии, Гватемале, Швеции, Польше.

Глава 2. Недостатки и проблемы малой энергетики

В условиях реструктуризации РАО «ЕЭС России», завершение которой становится объективной реальностью ближайших двух лет, очень остро стоит вопрос о создании автономных источников комбинированного энергоснабжения промышленных предприятий, металлургической, нефтегазовой, машиностроительной и других отраслей. Прекращение государственного финансирования крупных энергоисточников, высокие тарифы региональных и федеральных монополистов по производству тепловой и электрической энергии, неуклонное и неизбежное повышение цен на энергоносители (газ, мазут) вынуждают предприятия самых разных отраслей промышленности всерьез рассматривать целесообразность и возможность сооружения собственных ТЭС.

Именно такие ТЭС как нельзя лучше подходят под понятие «малая» и «средняя» энергетика, к настоящему времени уже прочно укрепившееся как в среде специалистов-энергетиков, так и у потребителя.

Необходимо понимать, что определения «малая» и «средняя» энергетика достаточно условны и охватывают источники генерации от десятков киловатт до 100 МВт по мощности. Как правило, такие энергоисточники строятся на базе энергосберегающих схем производства энергии с использованием газовых турбин либо газопоршневых установок. Этому способствует накопленный мировой опыт.

Сейчас уже не вызывает сомнений, что это направление является перспективным и эффективным, так как позволяет создать источники энергии с более низкой, чем предлагается монополистами и посредниками, стоимостью энергопродукта. В газообеспеченных регионах (Центр, Урал, Поволжье) себестоимость 1 кВт·ч при эффективной схеме производства не превысит полутора центов! Использование «своей» дешевой (по себестоимости) электроэнергии для собственного производства позволит получить более дешевый конечный продукт и в короткий срок (до трех-четырех лет) окупить затраты на создание собственного энергоисточника.

При этом следует заметить, что используемое зачастую определение этого энергоисточника как «автономный» не является вполне корректным, так как для надежного электро- и теплоснабжения необходима схема резервирования «своего» энергоисточника от региональных электрических сетей и систем централизованного теплоснабжения. Причем если резервирование электроснабжения всегда является мероприятием разумным и оправданным (если, конечно, существует техническая возможность), то резервирование теплообеспечения требует подтверждения экономической целесообразностью.

В подавляющем большинстве случаев потребитель ставит себе задачу сократить расходы своего основного, профильного бизнеса, снизить долю затрат на электро- и теплоэнергию в себестоимости своего основного продукта. В этом случае более точным будет термин «электростанция собственных нужд» (ЭСН). Выход на рынок электроэнергии в качестве поставщика планируется лишь в исключительных случаях.

Именно ориентация ЭСН на покрытие собственных нагрузок делает очень серьезной задачу выбора технологии производства тепла и электроэнергии и подбор основного оборудования под эту технологию. Индивидуальность условий каждой площадки, индивидуальность характера электрических и тепловых нагрузок, а также их соотношение делают практически невозможным применение некой универсальной типовой установки -- это могут быть новые ТЭС с паросиловыми, парогазовыми, газотурбинными технологиями на разных видах топлива, газопоршневые либо двухтопливные ДВС, возможна надстройка существующих котельных электрогенерирующим оборудованием, а также любые комбинации перечисленных технологий.

Принципиальный вопрос: быть или не быть энергоисточнику на предприятии -- не должен решаться волевым порядком. Ни один грамотный руководитель (хозяин, инвестор) не позволит себе принимать столь затратные решения, опираясь лишь на мнение собственных энергетических служб (пусть даже достаточно опытных и грамотных -- в своей области) и руководствуясь рекламными материалами фирм-поставщиков.

Да, действительно, оборудование для малой энергетики, предлагаемое сейчас на рынке, имеет достойный технический уровень. Действительно, посещения уже действующих объектов дают много полезной информации. Но, к сожалению, решения, принимаемые на основании только этих (нужных!) мероприятий, приводят зачастую к результатам, не отвечающим ожиданиям в полной мере, а то и к результатам плачевным.

Создание собственного энергоисточника не может предприниматься на основании общих соображений «сейчас такая тенденция» или «это перспективно».

Основной посыл в работе УРАЛВНИПИЭНЕРГОПРОМа -- малая энергетика не означает малые проблемы. Взвешенно и обоснованно решить все проблемы вновь строящегося или реконструируемого объекта энергетики может только комплексный коллектив высококвалифицированных специалистов. Даже для того чтобы была грамотно выбрана технологическая схема, предложено конкретное оборудование, определена схема выдачи мощности и т.п., требуется не просто экспертная оценка, но достаточно трудоемкие предпроектные проработки, чаще всего с рассмотрением нескольких вариантов, как по технологии, так и по составу основного оборудования. Тем более что при выборе газовых турбин и газопоршневых машин целесообразно рассматривать варианты отечественных и зарубежных поставок. В отношении прочего -- на настоящий момент отечественное энергомашиностроение может предложить почти всю гамму необходимого для этих целей оборудования.

Имея результат работы проектировщиков, содержащий, во-первых, технические решения по всем технологическим разделам, во-вторых, оценку экологических аспектов, в-третьих, сводный сметный расчет, и на этой основе -- расчет технико-экономических показателей и бизнес-план будущего объекта, заказчик может принять решение в пользу того или иного варианта. А возможно, увидев предстоящие затраты и оценив свои возможности, и вовсе отказаться от реализации проекта -- даже в этом случае выгода очевидна. Малая энергетика не означает малые затраты!

И рабочее проектирование объектов малой энергетики имеет свои особенности и сложности, вовсе неочевидные с точки зрения энергетики «большой».

Среди ископаемых топлив, которые используются для производства электроэнергии, в существующем топливном балансе более 60% составляет газ, а для малой энергетики в качестве основного топлива газ практически безальтернативен. Конечно, существуют особые случаи, например, избыток коксового газа на коксохимическом производстве, но и решения по его использованию в этом случае будут индивидуальными.

Многие годы сжигание газа на ТЭЦ и котельных производилось традиционным способом, в настоящее же время никто не решает эту задачу без применения прогрессивных технологий, для которых характерна высокая тепловая эффективность, маневренность, хорошие экологические характеристики. Предлагаемое сегодня оборудование -- газопоршневые машины и газовые турбины -- отличается, кроме того, высокой надежностью.

В зависимости от приоритетной задачи сооружения ЭСН -- получение электроэнергии или тепла -- предлагается конкретная схема. Если приоритетной задачей ставится получение электроэнергии, предлагается утилизационная схема: газовая турбина -- котел-утилизатор (паровой или водогрейный), в зависимости от вида тепловой нагрузки, от необходимости (или возможности) установки паровой турбины. Если тепловые нагрузки существенно превосходят потребность в электроэнергии, рекомендуется сбросная схема -- сброс газов ГТУ в паровые или водогрейные котлы традиционной компоновки. Зачастую предусматривается возможность работы этих котлов в автономном режиме (без ГТУ).

ЭСН сооружается (реконструируется) чаще всего на существующем объекте, в условиях действующего производства, и условия площадки существенно влияют на компоновку оборудования. Котел-утилизатор может иметь вертикальную компоновку и располагаться над ГТУ -- если площадка под корпус ограничена; может быть выбрана горизонтальная компоновка в условиях, скажем, существующего корпуса, ограниченного по высоте. Эти решения зависят от компоновки самой ГТУ -- с отводом выхлопа вверх в средней части агрегата (в основном для ГТУ небольшой мощности) либо осевым отводом. Кроме, того, могут накладываться иные факторы -- например, необходимость использовать существующую дымовую трубу и прочее.

Следующая проблема -- выбор основного тепломеханического оборудования. Газотурбинное оборудование представлено на российском рынке широчайшим спектром ГТУ иностранного производства и уже составляющими им конкуренцию отечественными агрегатами. Все агрегаты в каждой из мощностных линеек имеют различные технические характеристики и особенности компоновки, различаются стоимостью, комплектацией, ресурсом, уровнем сервисного обслуживания и другим. Чаще всего выбор поставщика ГТУ проходит через процедуру тендерных торгов, и торги эти требуют серьезной подготовки -- разработки технических требований. Подготовку этого документа тоже целесообразно поручать специализированной проектной организации.

Разработку, изготовление и поставку котлов-утилизаторов для ГТУ уверенно берут на себя отечественные котлостроительные заводы, и опыт в этой области уже ими наработан. В связи с различием характеристик различных ГТУ -- расходов и температур выхлопных газов, а также необходимостью в ряде случаев дожигания топлива перед КУ, утилизатор разрабатывается, рассчитывается и проектируется практически заново для каждой ГТУ, то есть серийного оборудования в этой области не существует. Для разработки котла-утилизатора изготовитель должен получать задание опять-таки от проектировщика.

В выборе паровой турбины для ПГУ проблемы нет -- в ряде мощности до 25 МВт, применимых для ЭСН, о которых идет речь, реальный российский поставщик один -- Калужский турбинный завод. Серийные турбины из номенклатуры ОАО «КТЗ» закрывают практически любые потребности малой и средней энергетики. Однако если в цикле ПГУ обосновано применение двухконтурного котла-утилизатора, то и паровая турбина для такой установки потребует индивидуальной разработки.

Выбор генераторов и трансформаторов не представляет больших проблем -- это оборудование выпускают отечественные производители, а ГТУ иностранного производства поставляется, как правило, комплектно с генератором.

Главной проблемой при разработке электротехнических решений по проектируемым ГТЭС является определение места подключения генераторов ГТЭС в существующую схему электроснабжения предприятия с наименьшими затратами на ее реконструкцию. Как правило, в цепях питания от распределительных устройств 6 или 10 кВ ГТЭС устанавливаются токоограничивающие реакторы для сохранения коммутационного оборудования в существующей схеме предприятия.

С появлением генерирующего источника на промпредприятии заказчик должен получить от энергосистемы технические условия на подключение электростанции к сетям энергосистемы. Технические условия необходимы, поскольку предусматривается режим параллельной работы турбоагрегатов ГТЭС с энергосистемой. Зачастую энергосистемы ставят слишком жесткие и дорогостоящие условия на подключение энергоисточника к энергосистеме, поэтому заказчики нередко выбирают автономный режим работы ГТЭС, отказываясь от резервной связи с энергосистемой.

Заключение

Таким образом, малая энергетика -- это на сегодняшний день наиболее экономичное решение энергетических проблем для территорий, относящихся к зонам децентрализованного электроснабжения, которые составляют более 70% территории России. Обеспечение энергией удаленных и энергодефицитных регионов требует значительных затрат. И здесь далеко не всегда выгодно использовать мощности существующей федеральной энергосистемы. Гораздо экономичнее развивать мощности малой энергетики, экономический потенциал которой в России превышает потенциал таких возобновляемых источников энергии, как ветер, солнце и биомасса, вместе взятых.

Сейчас уже не вызывает сомнений, что это направление является перспективным и эффективным, так как позволяет создать источники энергии с более низкой, чем предлагается монополистами и посредниками, стоимостью энергопродукта.

Среди ископаемых топлив, которые используются для производства электроэнергии, в существующем топливном балансе более 60% составляет газ, а для малой энергетики в качестве основного топлива газ практически безальтернативен. Конечно, существуют особые случаи, например, избыток коксового газа на коксохимическом производстве, но и решения по его использованию в этом случае будут индивидуальными.

Многие годы сжигание газа на ТЭЦ и котельных производилось традиционным способом, в настоящее же время никто не решает эту задачу без применения прогрессивных технологий, для которых характерна высокая тепловая эффективность, маневренность, хорошие экологические характеристики. Предлагаемое сегодня оборудование -- газопоршневые машины и газовые турбины -- отличается, кроме того, высокой надежностью.

Список использованной литературы

1. Воронов В.К. и др. Основы современного естествознания. М.: Высш. Шк., 2013. - 247с.

2. Горохов В.Г. Концепция современного естествознания и техники. М.: Инфра-М, 2014. - 608с.

3. Данилова В.С., Кожевников Н.Н. Основные концепции естествознания. М.: Аспект Пресс, 2011. - 256с.

4. Дубнищева Т.Я. Концепция современного естествознания. М.: МГУ, 2014. - 832с.

5. Канке В.А. Концепции современного естествознания. М.: Лотос, 2013. -368с.

Размещено на Allbest.ru