Роль возобновляемых энергоисточников в развитии малой энергетики
Международная научно- практическая конференция « Малая энергетика-2005»
Иванова И.Ю., Попов С.П., Тугузова Т.Ф., Институт систем энергетики им. Мелентьева СО РАН, г. Иркутск, Россия
Симоненко А.Н., Красноярская государственная архитектурно-строительная академия, г. Красноярск
Одной из основных причин кризисных явлений с энергообеспечением, участившихся в последнее время в отдаленных районах России, является проблема топливоснабжения, особенно в топливодефицитных и труднодоступных в транспортном отношении районах. Наиболее остро эта проблема выражена у потребителей, не охваченных централизованным электроснабжением, которые рассредоточены по территории, удалены от топливных баз и предприятий по переработке топлива. Это в основном поселки, горнодобывающие прииски, поселения малочисленных народов, охотников, скотоводов и рыбаков, фермерские хозяйства. Потребители этой категории обеспечиваются энергией от объектов малой энергетики -энергоисточников мощностью от десятков кВт до нескольких МВт. Основными проблемами энергоснабжения таких, изолированных от энергосистем, потребителей являются дальний транспорт топлива и зависимость от его поставок. В наиболее труднодоступных районах эти проблемы усугубляются многозвенной транспортной схемой и ограниченностью сроков сезонного завоза.
Большая часть энергоисточников малой мощности расположена в северовосточных регионах России, что объясняется экономико-географическими
характеристиками этой зоны, слабой освоенностью и преимущественно ресурсной специализацией. Более 30% всех дизельных электростанций России расположено в северных районах Дальнего Востока, в которых доля ДЭС в суммарной выработке электроэнергии достигает 12-15% в отличие от других регионов, где этот показатель в основном не превышает 1%.
Источники малой мощности, используемые для автономного энергоснабжения имеют, как правило, низкие технико-экономические показатели - удельные расходы топлива составляют 500-600 г у.т./кВт·ч и 300-350 кг у.т./Гкал [1]. Дизельные электростанции и котельные зачастую находятся в неудовлетворительном состоянии. Моторесурс практически исчерпан: износ агрегатов достигает 80-90 %. Требуется замена оборудования на современное с улучшенными технико-экономическими показателями и восстановление или строительство новых зданий.
Цена дизельного топлива у наиболее труднодоступных потребителей достигает 400-600 дол./т, котельно-печного - 60-100 дол./т у.т., что приводит к высокой себестоимости производства электроэнергии - 25-30 цент/кВт·ч и тепла - 50-70 дол./Гкал. Тариф для населения у этих потребителей составляет: на электроэнергию - 3-7 цент/кВт·ч, на тепло - 10-30 дол./Гкал. Для поддержания допустимых тарифов на энергию из бюджетов различных уровней выделяются значительные дотации на завоз топлива, содержание энергоисточников и покрытие кассового разрыва, вызванного необходимостью заблаговременного кредитования закупок и транспорта топлива. В последние годы из-за недостатка финансовых средств потребность автономных энергоисточников в топливе удовлетворяется только на треть, что влечет за собой ограниченный режим энергоснабжения.
Развитие малой энергетики необходимо направить на приведение существующих и строящихся энергетических объектов в соответствие с современными требованиями по экономической эффективности, надежности и экологической чистоте. Возможность применения современных энергоустановок малой мощности в настоящее время обусловлена наличием на отечественном рынке большого выбора оборудования для малой энергетики. Стоимость таких установок колеблется в широком диапазоне в зависимости от типа, единичной мощности, степени автоматизации, комплектации, завода-изготовителя. При выборе перспективных технологических и энергетических решений необходимо в максимальной степени учитывать природно-географические и социально-экономические особенности территории.
Одним из вариантов развития малой энергетики, позволяющих сократить объемы потребления органического топлива, может стать применение энергоустановок, использующих возобновляемые природные энергоресурсы. Особенностью возобновляемых природных энергоресурсов является неравномерность их проявления по территории и во времени. Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) в силу этой специфики не могут полностью заменить эксплуатируемые в настоящее время источники энергии, всвязи с чем, их необходимо рассматривать как дополняющий энергоисточник, который позволяет вытеснить часть органического топлива, сэкономив тем самым средства на его закупку и доставку.
В качестве наиболее целесообразных типов ВИЭ следует рассматривать ветроэнергетические установки (ВЭУ), малые и микро-ГЭС (МГЭС), системы солнечного теплоснабжения (ССТ) и фотоэлектрические установки (ФЭУ).
Применение возобновляемых источников энергии позволит:
· вытеснить часть органического топлива и ослабить зависимость от внешних его поставок;
• снизить себестоимость производства энергии;
• сократить объемы бюджетных дотаций для энергоснабжения малых
населенных пунктов;
• уменьшить негативное влияние энергетики на природную среду;
• создать дополнительный стимул для развития высоких технологий в России;
• улучшить комфортность проживания.
Основной причиной незначительных масштабов применения возобновляемых источников энергии в настоящее время является их капиталоемкость и низкое значение показателя использования установленной мощности, связанное с неравномерностью и неопределенностью энергоресурсов, а также неплотным графиком нагрузки изолированных потребителей [2].
С ростом цен на органическое топливо возобновляемые источники энергии становятся конкурентоспособными, а сами проекты все более привлекательными для инвестирования. В дальнейшем этому будет способствовать снижение стоимости оборудования таких источников при развертывании серийного производства на отечественных предприятиях.
На основе исследований с использованием разработанных авторами обобщенных производственно-финансовых моделей получены зависимости экономической обоснованности (сроков окупаемости) проектов сооружения малых ГЭС, ветро- и гелиоустановок от изменения основных стоимостных показателей - капиталовложений в возобновляемый энергоисточник и цены органического топлива для наилучших значений потенциала возобновляемых природных энергоресурсов. Чтобы поставить проекты сооружения ВИЭ в наиболее благоприятные финансовые условия, форма инвестирования принята как беспроцентный кредит. Возвращение привлеченных капиталовложений производится за счет сокращения ежегодных дотаций из бюджета на содержание существующих энергоисточников и завоз органического топлива вследствие частичного его вытеснения.
Зависимость экономической обоснованности (сроков окупаемости) проектов сооружения ВИЭ от изменения основных стоимостных показателей -капиталовложений в возобновляемый энергоисточник и цены органического топлива для наилучших значений потенциала возобновляемых природных энергоресурсов приведена на рисунке 1 (а, б, в).
При современном уровне удельных капиталовложений в ВЭУ и МГЭС 1,3 - 2,7 тыс. дол./кВт эти установки являются экономически эффективными в режиме совместной работы с ДЭС только при цене дизельного топлива 500-1100 дол./т (рисунок 1 а).
Системы солнечного теплоснабжения при современных стоимостных показателях 130-200 дол./м
2, соответствующих российским производителям, могут быть экономически привлекательны только при цене котельно-печного топлива 80-150 долл./т у. т. В настоящее время цена топлива в южных районах Сибири и Дальнего Востока, которые характеризуются наибольшим гелиопотенциалом, составляет 20-40 дол./т у. т (рисунок 1 б).
Фотоэлектрические установки при значениях удельных капиталовложений в них 800-1300 дол./м
2 конкурентоспособны с ДЭС только при цене дизельного топлива 2000-3000 дол./т (рис. 1 в).
Граничные значения цен на топливо при сложившихся капиталовложениях в возобновляемые источники энергии для достижения экономической эффективности проектов их сооружения приведены в таблице 1. Для сравнения здесь же представлен современный уровень цен на топливо в районах с максимальными значениями показателей природного потенциала.
Применение ветроэнергетических установок наиболее целесообразно в северовосточных регионах для потребителей, расположенных на арктическом побережье Красноярского края, Республики Саха (Якутия), в восточной части Магаданской области и на северо-востоке Чукотского АО, а также в Камчатской области и на Курильских островах. Возможность использования ветроэнергетических установок, работающих при высоких скоростях ветра, обусловлена, как уже отмечалось, ветровым режимом этой зоны. Кроме электроснабжения, перспективным направлением является использование ветровых станций для электротеплоснабжения в районах побережья Северного Ледовитого океана, где отопительный период совпадает со временем активных ветров [3].
Следует отметить, что ветровые электрогенераторы для этих регионов должны быть приспособлены к местным условиям, и главным фактором при выборе расчетных параметров, конструктивных и строительных решений является достаточная механическая надежность при сочетании низких температур, порывистости ветра, высокой влажности и сейсмичности.
Применение МГЭС целесообразно у труднодоступных потребителей за исключением тех мест, где возможный створ находится на значительном расстоянии от населенного пункта или необходим водный переход линии электропередачи, а также где водотоки перемерзают в зимнее время. Вместе с тем, при определенных условиях -недопоставки и высокая стоимость топлива - с целью его экономии, в дополнение к существующим источникам электроэнергии, использование энергии малых рек может быть эффективно и для сезонных потребителей только в летний период.
Регионами, в которых целесообразно широкомасштабное развитие малой гидроэнергетики, являются среднеширотная полоса Красноярского края и Республики Саха (Якутия), Камчатская область, северные районы Иркутской, Читинской областей, Республики Бурятия и Хабаровского края [3].
Наилучшими показателями гелиопотенциала характеризуются самые южные районы Сибири и Дальнего Востока, а также локальные зоны Республики Саха (Якутия) [3]. На остальной территории по значениям годового прихода радиации и продолжительности солнечного сияния использование солнечной энергии не целесообразно, кроме мест особого природопользования при отсутствии других видов природных энергоресурсов. С экономической точки зрения в настоящее время источники, использующие энергию Солнца, неконкурентоспособны по сравнению с существующими.
Граничные значения удельных капиталовложений в возобновляемые источники энергии (с учетом транспортировки и строительно-монтажных работ) при сложившихся ценах на топливо в сравнении с современным уровнем этих показателей приведены в таблице 2.
Возобновляемые источники энергии в современных ценовых условиях могут быть экономически эффективны либо в случае получения государственной поддержки в виде субсидий производителям оборудования, либо при существенном снижении удельных капиталовложений: для ВЭУ и МГЭС в 1,5-2 раза, для ССТ - в 2-3 раза, для ФЭУ - в 7-9 раз. В настоящее время в соответствии с поручением Правительства Российской Федерации от 31.08.99 г. о разработке программы «Развитие нетрадиционной энергетики России на 2001-2005 годы» максимальная поддержка из федерального бюджета могла составлять до 20% от затрат по проекту сооружения ВИЭ. Таким образом, наиболее конкурентоспособными из возобновляемых источников энергии являются ветроэнергетические установки и малые ГЭС.
На основе анализа обеспеченности территории возобновляемыми природными энергоресурсами и условий экономической эффективности применения ВИЭ, авторами оценены масштабы применения источников, использующих энергию ветра и малых водотоков, как наиболее распространенных природных энергоресурсов, для энергоснабжения изолированных потребителей восточных регионов России (таблица 3).
Верхняя оценка рынка ВЭУ и МГЭС для изолированных потребителей восточных регионов России составляет 140 млн. дол., а суммарная мощность соответствующего комплектного оборудования 70-100 МВт. Использование ВИЭ в таких масштабах позволит вытеснить 40-60 тыс. т органического топлива в год на сумму 20-30 млн. дол., что составляет около 10% потребляемого топлива для энергоснабжения изолированных потребителей [4].
Список использованной литературы
