Возобновляемая энергетика для регионов

29.01.13 13:26

На сегодняшний день свыше 65 % территории нашей страны — зона децентрализованного электроснабжения. В этой зоне проживает более 15 млн человек. Из 225 млн кВт установленной мощности электростанций России — 17 млн кВт приходится на электростанции, работающие в зоне децентрализованного электроснабжения. В Северных районах нашей страны работает свыше 6000 дизельных электростанций (ДЭС), которые имеют мощность свыше 3 млн кВт. 

Такая ситуация заставляет задуматься о повышении энергоэффективности и надежности электроснабжения, снижении пагубного влияния на экологию. Решением может стать использование возобновляемых источников энергии в сетевой и распределенной генерации.

Во всем мире мощность электростанций на основе ВИЭ постоянно растет, и по данным 2011 г. уже составляет 29 % (с учетом крупных ГЭС) от общей установленной мощности. Это серьезная цифра, причем темпы роста доли ВИЭ будут сохраняться, прежде всего в ветровой и солнечной генерации. Если Россия пойдет по тому же пути, то можно ждать целого ряда системных эффектов.

Во-первых, применение ВИЭ повышает энергетическую безопасность регионов. За счет местных возобновляемых источников, мы будем получать надежное и качественное энергоснабжение.

Во-вторых, приближение объектов генерации к объектам потребления позволяет сократить на 15-20 % потери энергии, связанные с ее транспортировкой и распределением. Проблема потерь особенно актуальна для «местных» линий низкого напряжения, где в настоящее время очень неблагоприятная ситуация. Распределенная генерация позволит повысить надежность электроснабжения и снизить стоимость электроэнергии у конечного потребителя.

Кроме того, при замещении с помощью ВИЭ до 50 % дизельной распределенной генерации удастся уменьшить объемы использования «дальнепривозного» топлива, что опять же приведет к существенной экономии.

 

Развитие ВИЭ в мире

 

И, наконец, с помощью ВИЭ можно повысить экологическую безопасность распределенной генерации, сократить выбросы вредных веществ.

В соответствии с дорожной картой, которая была разработана в сотрудничестве с Минэнерго и энергетическими институтами Евросоюза, в России возможная доля ВИЭ в производстве электроэнергии к 2020 г. может составить 5 % (без учета крупных ГЭС), а к 2050 г. — от 14 до 18 %. При этом особая роль отводится развитию распределенной генерации за счет возобновляемых источников энергии. Предполагается, что к 2030 г. электроэнергетика России должна прирасти 6,1 ГВт мощности на ВИЭ. 

 

Энергоснабжение территории РФ

 

Просчитать ходы вперед

О проблемах возобновляемой энергетики говорится много. Хотелось бы привести несколько примеров того, как их можно решать.

Основным недостатком генерации на основе ВИЭ считается нестабильность выдачи мощности и невозможность прогнозирования производства электроэнергии. Первый путь решения этой проблемы — уточнение ресурсов возобновляемых источников энергии при разработке проектов. При этом важно учитывать, какова динамика ресурсов в связи с текущими изменениями климата.

Так для расчёта ветроэнергетического потенциала и энергетических показателей ветроэлектроустановки, размещаемой в конкретной местности, разработана модель определения отдачи энергии от ветроэнергетической установки (ВЭУ), основанная на анализе многолетних наблюдений и данных краткосрочных наблюдений за ветровым режимом. При «очистке» и переносе данных от метеостанции к месту сооружения ветроэлектрической станции (ВЭС) учитываются особенности орографии, рельефа, застроенности территории, высота расположения оси ветроколеса.

 

Энергокомплекс с системой гидроаккумулирования

 

Управлять и сохранять

Другой способ справиться с проблемами «раскачивания» энергосистемы и ненадежности электроснабжения состоит во внедрении методов прогнозирования прихода ветровой энергии. Поступление энергии от ВЭС достаточно хорошо прогнозируется, и ее энергия успешно продается на рынках мощности и энергии. В среднем точность прогнозирования суточного графика выработки ВЭС в Европе составляет 95 %. 

К вопросу о резервировании. Опыт эксплуатации ВЭС показывает, что существующих резервов энергосистемы достаточно при доле ветровой энергии в общем энергобалансе до 20 %. При доле свыше 20 % уже хорошо проработаны и апробированы дополнительные меры интеграции ВЭС в энергосистему. 

Так же при рассмотрении вопроса об интеграции ВЭС в энергосистему не учитывается эффект сглаживания колебаний мощности при работе группы ВЭС за счет учета территориальной неравномерности распределения ветра. К примеру, если работает одна установка, то разброс мощности составляет до 65 %. При увеличении числа ВЭУ до 300, разброс будет составлять всего 5 %.

Устойчивость работы ВЭС в энергосистеме обеспечивают появившиеся за последние 5-10 лет современные ВЭУ, позволяющие производить реактивную мощность, регулировать напряжение в точке присоединения ВЭС к энергосистеме, управлять активной мощностью, сглаживать темпы изменения мощности в графике нагрузки, обеспечивать резерв и балансирование на рынке производства энергии.

Для обеспечения надежности энергоснабжения и оказания системных услуг в сетевой генерации предлагается формировать энергокомплексы на основе ВИЭ с системами гидроаккумулирования. Выполнять функцию накопителя в этом случае может водохранилище ГЭС. 

[Гидроаккумулирование предполагает систему из двух водохранилищ, расположенных на разном уровне. В тот период, когда выработка энергии на основе ВИЭ высокая, а спрос (и, соответственно, цена) на электроэнергию низкий, обратимые гидроагрегаты закачивают воду в верхнее водохранилище, где она находится вплоть до наступления пикового периода потребления. Затем вода через те же агрегаты сбрасывается в нижнее водохранилище, при этом вырабатывается электроэнергия — прим. ред.]

Возможности гидроаккумулирования и повышения надежности энергоснабжения при совместной работе ветропарка и гидроэлектростанции с водохранилищем были оценены на примере проекта Волгоградской ВЭС и Волгоградской ГЭС. Расчеты показали возможность обеспечивать выдачу энергии в суточном графике энергосистемы с гарантией до 95 %, хотя по общепринятому представлению эта выдача носит случайный характер.

 

Регенеративные топливные батареи могут играть роль накопителей в крупной энергосистеме

 

Если рассматривать выработку электроэнергии в месячном режиме, то здесь объединение ГЭС и ВЭС позволяет существенно (более чем на 10 %) снизить мощность передающей подстанции. Эти примеры касаются сетевой энергетики.

В распределенной энергетике приведу пример разработки проекта строительства ветродизельной электростанции (ВДЭС) в Ямало-Ненецком автономном округе. Речь идет об объекте, который разрабатывается по инициативе Фонда инновационного развития Ямала, и который может стать пилотным проектом для внедрения энергоэффективных технологий при децентрализованном энергоснабжении.

Предлагается имеющуюся дизельную электростанцию дополнить двумя ветроагрегатами мощностью 100 кВт. Мы выполнили детальную оценку ресурсов ветровой энергии в месте размещения ВЭУ (пос. Яр-Сале ЯНАО). Были рассмотрены различные варианты состава энергокомплекса и подобран оптимальный. Наиболее эффективным оказался вариант с составом оборудования, обеспечивающим высокую долю использования ветровой энергии и с применением интеллектуальной системы управления. В результате оптимизации состава ВДЭС долю использования ветровой энергии удалось повысилась с исходных 10 % — до 51 %, что позволяет сэкономить за время срока эксплуатации комплекса свыше 5 млн литров дизельного топлива. Срок окупаемости проекта составил 6,3 года.

 

Ветродизельные электростанция на Канадском севере

 

От частного к общему

Разработке проектов энергоснабжения с использованием ВИЭ в конкретных регионах должно сопутствовать законодательно-нормативное обеспечение, принимаемое на региональном уровне. Также необходимо разработать механизмы вывода объектов возобновляемой энергетики на рынки мощности и энергии в неценовых зонах, к которым относится большинство регионов с распределенной генерацией.

Внедрение ВИЭ в регионах требует и решения ряда других задач, как технического, так и экономического характера. Однако вложения оправдывают себя. Кроме того, во многих районах децентрализованного энергоснабжения у генерации на основе ВИЭ просто нет альтернатив.

За счет грамотного и полноценного учета всех эффектов от внедрения возобновляемой энергетики и обеспечения нормативно-правового регулирования в этой сфере, могут быть обоснованы экономически эффективные районы использования соответствующих видов ВИЭ и комплексов на их основе. Это даст мощный импульс для инновационного и коммерциализуемого развития технологий альтернативной энергетики.

 

Подготовила Кира Патракова

На первой фотографии: ветродизельная электростанция в Канаде

Иллюстрации предоставлены кафедрой ВИЭГ СПбГПУ

По материалам Международного электроэнергетического форума UPGrid

 

Читайте также: