Особенности развития распределенной энергетики в России
В настоящее время всю энергетику в России можно разделить на две большие части: большая энергетика и распределенная. Распределенная энергетика по значимости не уступает большой. Ее роль заключается в энергообеспечении удаленных регионов России с населением порядка 20 млн граждан и многих ключевых для страны видов добывающей промышленности на 70 % её территории. И по мере освоения новых территорий эта роль будет возрастать.
Обращаем ваше внимание — всё то, что направлено на производство электрической энергии, тепла, холода и различных видов топлив для потребителей удаленных регионов, мы будем относить к распределенной энергетике. Тогда в неё войдут следующие направления её развития: малая энергетика (дизельная и газотурбинная энергетика); малая атомная энергетика; возобновляемая энергетика; биоэнергетика (использование энергии торфа, ТБО и канализационных стоков, отходов сельского и лесного хозяйства и пищевой промышленности для энергетических целей).
Следует отметить, что в России в целом крайне недостаточным является использование ВИЭ и местных углеводородных топлив для получения электрической и тепловой энергии. Существует много причин, объясняющих слабое развитие возобновляемой энергетики. Одной из таких причин является существование двух взаимоисключающих мнений в части её развития.
Первое мнение
1. Россия богата жидкими, газообразными и твердыми углеводородами, запасы которых достаточны для внутреннего и внешнего потребления в обозримом будущем.
2. В России имеется большой опыт выработки электроэнергии на АЭС, что обеспечит энергоснабжение страны в будущие периоды по мере удорожания и истощения источников углеводородных энергоресурсов.
3. Государственная поддержка развития возобновляемой энергетики в необходимом объеме ляжет тяжелым бременем на федеральный бюджет.
4. Отечественная промышленность пока не готова серийно производить оборудование для объектов ВИЭ, отсюда следует, что при строительстве объектов с использованием ВИЭ будут создаваться дополнительные рабочие места и ВИЭ- инфраструктура в других странах.
Второе, противоположное мнение
1. Происходит быстрое истощение запасов нефти и газа, и значительный рост затрат на их добычу.
2. Наблюдается устойчивая тенденция развития возобновляемой энергетики в развитых странах мира.
3. Имеет место ухудшение экологической обстановки, прежде всего, в крупных городах с высоким уровнем развития промышленности.
4. Необходима ускоренная интеграция нашей экономики в мировую.
5. Назрела необходимость использования лучших мировых достижений в области возобновляемой энергетики при реализации наших отечественных ВИЭ- проектов.
На основе анализа этих двух основных мнений предлагается особый (компромиссный) путь развития возобновляемой энергетики в России, который позволит в значительной мере снять противоречия между ними и объединить их совместные усилия на ускоренное развитие возобновляемой энергетики. Он заключается в становлении и развитии возобновляемой энергетики в России через развитие уже существующей малой энергетики с использованием отечественных технологий и оборудования. Поскольку, поднимая уровень развития малой энергетики с использованием ВИЭ, мы создаем хорошую основу для развития возобновляемой энергетики большой мощности.
Необходимые условия для успешного развития распределенной энергетики
К ним относятся: обеспечение единой идеологии и научно-технической политики; жесткое вертикально-интегрированное управление развитием распределенной энергетики; стимулирование региональных властей к решению собственных энергетических проблем при помощи использования местных возобновляемый природных ресурсов, в том числе биоресурсов; финансовое, нормативно-правовое, научно-техническое, кадровое, учебно-методическое и информационное сопровождение развития распределенной энергетики.
Сюда же следует отнести создание и доступ к единому информационному, нормативно-правовому и нормативнотехническому полю энергетики с использованием возможностей Минэнерго РФ, Минприроды РФ, Минтранспорта РФ, Министерства ЖКХ и строительства РФ, Минрегионразвития РФ, Минобрнауки РФ, МСХ РФ, ТПП РФ, РСПП, Общественной Палаты и Государственной Думы Российской Федерации, Российской академии наук (РАН) и других государственных и общественных структур.
В настоящее время накоплен уникальный опыт по энергообеспечению удаленных регионов Российской Федерации по всем направлениям развития малой и возобновляемой энергетики, в том числе в области биоэнергетики, использования торфа, местных энергоресурсов и различных отходов
Необходима разработка ФЦП «Развитие комплексной распределенной энергетики в Российской Федерации на период до 2035-го года», синхронизированной с другими энергетическими Программами и увязанной с развитием большой энергетики и обоснование размещения объектов малой энергетики на базе гибридных энергоустановок на территории Российской Федерации с использованием разрабатываемой ГИС ТЭК. Должна быть разработана «дорожная карта» по развитию комплексной распределенной энергетики с использованием местных биоресурсов, торфа и ТБО, осуществлены подготовка и представление в Правительство Российской Федерации предложений по определению семи пилотных регионов, на территории которых будут реализованы региональные программы по развитию внутреннего рынка распределенной энергетики.
Также нужно: консолидировать финансовые средства различных ведомств и компаний, направленных на создание «точек роста»; создать целевой федеральный фонд «Распределенная энергетика», призванный за счет свободных средств банков и инвесторов финансировать пилотные и региональные проекты ВИЭ и биоэнергетики; устранить ведомственную разобщенность по вопросам развития распределенной энергетики; обеспечить жесткий контроль выполнения целевых показателей различных программ на основе использования результатов, разрабатываемых ГИС ТЭК; создать интеллектуальные системы автономных систем энергоснабжения, а также развить систему подготовки и повышения квалификации научных, инженерно-технических и управленческих кадров.
В настоящее время накоплен уникальный опыт по энергообеспечению удаленных регионов России по всем направлениям развития малой и возобновляемой энергетики, в том числе в области биоэнергетики, использования торфа, местных энергоресурсов и различных отходов. В соответствии с этими направлениями разрабатывается и принимается большое количество программ федерального и регионального уровней.
С одной стороны, как правило, ни одна из этих программ в полном объеме не реализована, с другой стороны, все они не синхронизированы ни по срокам выполнения, ни по объемам их финансирования. Поэтому предлагаем разработать комплексную Концепцию развития распределенной энергетики.
Суть новой Концепции
Она заключается в реализации многофункциональности, многотопливности, модульного построения автономных систем энергоснабжения, в использовании ВИЭ, местных энергоресурсов и сбросового тепла; в разработке и реализации единого обобщенного универсального унифицированного типового проекта, который отвечал бы современным техническим требованиям, предъявляемым к автономным системам энергоснабжения (АСЭС); в согласованности характеристик энергетических модулей, в том числе двигателей внутреннего сгорания (ДВС), силовых генераторов, ВИЭ- модулей, потребителя нагрузок и других модулей (известно, что технические решения, заложенные в конструкцию ДВС- электростанций, которые являются основой развития распределенной энергетики, исчерпали свои возможности для дальнейшего повышения их энергетической эффективности).
В наибольшей степени этим требованиям соответствует АСЭС на базе много функциональных энерготехнологических комплексов (МЭК).
Применение МЭК в составе АСЭС позволит не только оптимизировать режимы её работы с использованием ВИЭ, но и перейти на её новую конструктивнокомпоновочную схему с многоканальным распределением энергетических потоков различной физической природы. МЭК является той основой, которая позволит объединить все энергетические установки, предназначенные для производства прежде всего моторных топлив, электрической и тепловой энергии. Это объединение должно выполняться в соответствии с мощностным рядом МЭК с использованием серийно выпускаемых энергоустановок и на основе оптимального согласования технических характеристик всех элементов АСЭС по максимуму её полного КПД. МЭК — это более высокая степень обобщения по отношению к любому типу энергоустановок малой мощности. Поэтому любая автономная система энергоснабжения, в основе которой лежит какое-то сочетание объектов малой и возобновляемой энергетики, всегда будет более частным случаем по отношению к АСЭС на основе обобщенного МЭК. Многофункциональные энерготехнологические комплексы — это более высокий уровень развития объектов малой и возобновляемой энергетики, так как в основе его построения заложены новые конструктивно-компоновочные решения и методы оценки его энергетической эффективности.
Предлагаемая Концепция призвана: заложить системные основы развития распределенной энергетики; обеспечить создание новых подотраслей промышленности в области распределенной энергетики (в том числе биоэнергетике, возобновляемой энергетике, малой энергетике, использовании торфа и различных отходов); стимулировать развитие производства и потребления на существующих в России рынках по всем направлениям развития распределенной энергетики (прежде всего, с использованием многофункциональных энерготехнологических комплексов на базе гибридных энергоустановок); создать базу для индустриального развития малой и возобновляемой энергетики, в том числе прежде всего биоэнергетики.
Определение и описание МЭК
МЭКи представляют собой сочетание объектов малой энергетики с различными типами ВИЭ-установок. В самом общем виде МЭК — это гибридная электростанция, состоящая из отдельных модулей, конструктивно и функционально совместимых между собой.
Комбинация различных функционально и конструктивно согласуемых модулей позволяет, в зависимости от конкретных условий эксплуатации АСЭС, получать различные по составу и мощности типы МЭК: ДЭС + ВЭС; ДЭС + малая ГЭС; ДЭС + СЭС; ДЭС + ВЭС + СЭС + малая ГЭС и множество других вариантов. Основные модули энергогенерации могут быть подключены к энергосистеме или работать на изолированного потребителя, локальную сеть.
Модульное исполнение и специальная система управления позволяют вводить МЭК в эксплуатацию поэтапно и гибко изменять схему работы. Структурная схема МЭК представлена на рис. 1.
Широкомасштабное внедрение МЭК может явиться отправной точкой в развитии возобновляемой энергетики. Он является не только основой энергоснабжения удаленных регионов России, но и началом развития сетевых ВИЭ- электростанций большой мощности (десятки и сотни мегаватт мощности).
Чего позволит достичь реализация комплексной Концепции и Программы развития распределенной энергетики
Реализация комплексной Концепции и Программы развития распределенной энергетики позволит разработать единую идеологию и стратегию развития распределенной энергетики и единый закон в области малой и возобновляемой энергетики, в том числе использования биомассы, торфа и ТБО для энергетических целей, а именно — закон о распределенной энергетике; уйти от ведомственной разобщенности по вопросам использования различных видов энергоресурсов; упорядочить и синхронизировать и по времени, и по объему финансирования строительство различных объектов распределенной энергетики на территории России; разработать и реализовать рациональную модель потребления ресурсов, в основу которой прежде всего должны быть положены энергоэффективность и рациональная схема размещения объектов электроэнергетики в России, с учетом оптимизации их структуры по видам использования энергоресурсов и широкого использования ВИЭ и местных углеводородных топлив.
Также реализация комплексной Концепции и Программы развития распределенной энергетики позволит: создать равные условия для реализации всех направлений развития распределенной энергетики в части оценки энергетической эффективности использования энергии различных ресурсов и потенциала ВИЭ; реализовать в кратчайшие сроки энергоэффективные проекты в области распределенной энергетики на основе серийно выпускаемых отечественных энергоустановок с использованием многофункциональных энерготехнологических комплексов на основе гибридных энергоустановок; максимально унифицировать и типизировать энергоустановки в составе МЭК в соответствии со шкалой их мощностного ряда. Кроме того, упомянутая реализация даст возможность обосновывать и оценивать тот или иной объект распределенной энергетики.
Предпосылки для разработки и реализации Концепции
Предпосылки эти таковы: малая энергетика как основа электроснабжения удаленных регионов — это объективная реальность, то есть она как отрасль уже состоялась. Однако в развитие малой энергетики финансовых средств выделялось недостаточно; 24 апреля 2012-го года Председателем Правительства РФ утверждена Комплексная программа развития биотехнологий в Российской Федерации на период до 2020-го года; назрело неотложное решение проблемы «северного завоза топлива». Объемы этого завоза составляют порядка 6 млн тонн условного топлива (т.у.т.) в год; имеет место высокая себестоимость электроэнергии, вырабатываемая автономными системами энергоснабжения, достигающая 60 руб/ кВт-ч и более; произошла апробация основных положений этой Концепции на ключевых российских площадках, в том числе в РСПП, ТПП РФ, Общественной Палате РФ, Государственной Думе ФС РФ и многих других.
На текущий момент изготовлен и испытан в полевых условиях многофункциональный энерготехнологический комплекс на базе ДВС-электростанции мощностью 200 кВт и ВЭУ мощностью 250 кВт, доказана достоверность теоретических предпосылок по энергетической эффективности АСЭС с использованием многофункционального энерготехнологического комплекса
Тут же отметим, что уже сейчас можно говорить о наличии компетенций по всем направлениям развития распределенной энергетики. Строятся взаимодействия с региональными структурами различных уровней, способными обеспечивать условия для эффективной работы по реализации проектов МЭК в удаленных регионах России. Созданы профильные экспертные секции в рамках консультативного совета при Председателе Комитета ГД по энергетике ФС РФ. Уже есть собственные разработки, современные технологии и оборудование единичной мощностью от 30 до 500 кВт.
На текущий момент изготовлен и испытан в полевых условиях МЭК на базе ДВС-электростанции мощностью 200 кВт и ВЭУ мощностью 250 кВт, доказана достоверность теоретических предпосылок по энергетической эффективности АСЭС с использованием МЭК, а результаты теоретических и экспериментальных исследований убедительно доказывают, что МЭК в ближайшее время может стать основой энергоснабжения удаленных регионов России.
Мало того, также создана научная школа в области автономных систем энергоснабжения и разработаны основные положения теории автономных систем энергоснабжения, которая позволяет не только оценить её энергетическую эффективность и оптимизировать режимы работы энергоустановок и обосновать их параметры, но и на стадии проектирования обосновать тип МЭК и структуру системы в зависимости от конкретных условий его эксплуатации.
Испытания МЭК
В 2008-м году по заданию РАО «ЕЭС России» были проведены на территории ВЭС «Заполярная» полевые испытания МЭК на основе дизельной электростанции мощностью 200 кВт и ВЭС мощностью 250 кВт (фото 1). Подтверждена достоверность основных положений теории общих конструктивно-компоновочных решений автономных систем энергоснабжения, в том числе энергетическая эффективность МЭК при различном распределении мощности между ДЭС и ВЭС и топливная экономичность ДВС на различных режимах его работы.
Использование всережимного генератора, преобразователя частоты и САУ в составе МЭК наделяет его рядом достоинств, в том числе: экономия топлива только за счет оптимизации режимов работы ДЭС на 10-20 % в зависимости от нагрузки и 20-30 % за счет использования ВЭС; короткие сроки окупаемости (три-пять лет); многофункциональность (производство моторных топлив, электро- и тепловой энергии); многотоплив- ность (дизельное топливо, сырая нефть, газовый конденсат, природный газ, уголь, торф, отходы деревообработки, генераторный газ, водород и т.д.); модульная компоновка на основе типизации и конструктивной унификации; транспортабельность (обусловлена модульной компоновкой МЭК).
Сюда же отнесем: повышение коэффициента использования топлива с 0,4-0,45 до 0,8-0,85 за счет комплексной утилизации сбросового тепла ДВС; приспособленность к климатическим (зональным) условиям; согласованность характеристик энергетических модулей (повышение КПД ДВС на 10-20 % в режиме частичных нагрузок); возможность совместной работы при любом соотношении ДЭС и ВИЭ за счет применения всережимного генератора, преобразователя частоты и САУ; обеспечение высокого качества электрической и тепловой энергии независимо от колебаний нагрузки и потенциала возобновляемых видов энергии; высокий коэффициент загрузки двигателя внутреннего сгорания (~ 1).
Рекомендации по дальнейшему развитию распределенной энергетики
С учетом вышеизложенного, в целях дальнейшего развития распределенной энергетики, предлагаем рекомендовать:
1. Минэнерго России — включить в план своей работы на 2015-2016-м годы разработку комплексной Концепции развития распределенной энергетики в России на период до 2035-го года.
2. Консультативному совету при Председателе Комитета ГД по энергетике ФС РФ совместно с Минэнерго РФ — сформировать межотраслевой Комитет по разработке комплексной Концепции и комплексной Программы развития распределенной энергетики в России на период до 2035-го года.
3. Консультативному Совету при Председателе Комитета ГД по энергетике ФС РФ совместно с Общественной палатой РФ — подготовить предложения по созданию целевого федерального фонда «Распределенная энергетика», призванного за счет свободных средств банков и инвесторов финансировать пилотные и региональные проекты МЭК.
4. ФГУП «ФЭСКО» — разработать план первоочередных мероприятий по созданию условий для благоприятного развития распределенной энергетики в Российской Федерации.
Использование всережимного генератора, преобразователя частоты и САУ в составе МЭК наделяет его рядом достоинств: экономия топлива только за счет оптимизации режимов работы ДЭС на 10-20 % и 20-30 % за счет использования ВЭС; короткие сроки окупаемости и т.п.
5. Минэнерго России — принять за основу при корректировке Генеральной схемы размещения объектов электроэнергетики на территории РФ рациональное сочетание комплексного использования систем централизованного и автономного энерго снабжения потребителей с приоритетным использованием местных энергоресурсов, в том числе ВИЭ, угольных месторождений, отходов лесо-, деревопереработки и сельскохозяйственного производства, ТБО и иловых осадков сточных вод на базе МЭК.
6. Минпромторгу РФ совместно с Минэнерго РФ — разработать и представить в Правительство РФ отраслевую Программу развития машиностроения в области распределенной энергетики;
7. ФГУП «ФЭСКО» — дать предложения в Росстандарт по разработке национальных стандартов на МЭК.
Возможная структура новой Концепции
1. Малая энергетика: малая распределенная (дизельные и газотурбинные электростанции) энергетика; малая атомная энергетика.
2. Возобновляемая энергетика: ветроэнергетика; малая гидроэнергетика; солнечная энергетика; приливная энергетика; геотермальная энергетика; космическая энергетика.
3. Биоэнергетика: использование энергии отходов сельского и лесного хозяйства и пищевой промышленности, энергии торфа, энергии ТБО и канализационных стоков для энергетических целей.
4. Разработка ГИС в распределенной энергетике.
5. Подготовка, переподготовка и повышение квалификации специалистов в области распределенной энергетики.
6. Стандартизация и сертификация объектов распределенной энергетики.
7. План строительства объектов распределенной энергетики на территории Российской Федерации.
