СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ АЛЯ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Г.Б. ОСАДЧИЙ (г. Омск)
Сегодня в России растёт стоимость электроэнергии, потребляемой населением. Кроме ежегодного "планового" повышения её цены на 10-15%, введена плата за электропотребление общедомовых приборов (Интернет-провайдеров, домофонов и кабельных сетей, юридических лиц). Жильцы обязаны оплачивать потреблённую общедомовую электроэнергию и за тех проживающих в доме, которые не оплатили её за истекший месяц. Может случиться, что если дело пойдет так дальше, то за всё электропотребление многоквартирного дома обяжут платить одного-двух пенсионеров. Как показывает практика переходного периода, в России возможно всё. Так, например, можно ввести плату за электроэнергию, теряемую в квартальных трансформаторах, в линиях электропередачи и т.д.
По состоянию на 31 марта 2014 г. долги на розничном рынке электроэнергии России составили 189 млрд руб., увеличившись по сравнению с 2012/13 г. почти ю на 30%. Ситуация непростая, поскольку 8 долги за тепло к началу апреля 2014 г. £ также достигли астрономических раз-| меров - 140 млрд руб.1.
сз П V
% В этой связи встаёт вопрос о том, не § лучше ли переходить на электроснаб-* жение от возобновляемых источников ^ энергии (ВИЭ), по крайней мере, на ча-| сти децентрализованных территорий § России.
£ В настоящее время ВИЭ в России, | кроме гидроэлектростанций (ГЭС) и ма-
X
1 Газета "Энергетика и промышленность России".
2014. № 9.
лой части геотермальных электростанций (ГеоЭС), являются если не планово-убыточными, то с очень большим сроком окупаемости, что препятствует их повсеместному использованию.
Экономическая эффективность систем и установок ВИЭ (кроме стоимости 1 кВт установленной мощности) напрямую зависит от коэффициента использования установленной мощности (КИУМ2), который в ряде местностей недопустимо низкий. Купив, например, дорогую ВЭС, пользователь получает, как правило, электроэнергии в 3-5 раз меньше, чем она могла бы произвести при постоянном ветре.
Так, по данным С.П. Филиппова3, КИУМ электростанций (табл. 1) таков. В 2010-2012 гг. в Крыму были построены 4 солнечные фотоэлектрические станции (ФЭС) общей мощностью
2 Коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) - важнейшая характеристика эффективности работы предприятий электроэнергетики Она равна отношению среднеарифметической мощности к установленной мощности электроустановки за определённый интервал времени.
3Филиппов С.П. Малая энергетика в России // Теплоэнергетика. 2009. № 8.
г л
Таблица 1 Коэффициент использования установленной мощности электростанций малой энергетики России (2007 г.)
Тип ЭС Мини-ГЭС ГеоЭС ВЭС
КИУМ 0.47 0.61 0.07
20
© Г.Б. Осадчий
КИУМ 0.25
227.5 МВт. Общая выработка электроэнергии на них в 2012 г. составила 303 млн кВт • ч. Из этого следует, что у крымских ФЭС КИУМ = 0.15.
По данным интернет-источников, для ряда территорий, расположенных вдоль южной границы России, КИУМ может быть следующим (табл. 2).
Как видно из таблиц 1 и 2, при работе ВИЭ крайне нерационально используются мощности, в то время как на теп-лоэлектрических станциях (ТЭС) КИУМ достигает больших значений. Более высокий КИУМ у ВЭС, чем у ФЭС, объясняется отчасти тем, что ветроколесо всегда ориентировано по направлению ветра, в отличие от фотоэлектрических панелей, когда утром и вечером солнечное излучение "скользит" по их рабочим поверхностям.
Несравненно более высокий КИУМ достигается на угольных и газовых электростанциях (рис. 1).
Угольная ТЭС, используя привозное ископаемое топливо, производит недорогую электроэнергию. Это достигает-
Рис. 1.
Принципиальная схема основных внешних и внутренних энергетических связей электростанции, работающей на угле. 6уг - поступление угля; Фт.вп, Фт.нп - тепловой поток высокого и низкого потенциала; Фт - сброс низкопотенциальной теплоты в окружающую среду; Фэ - отпуск электроэнергии потребителю.
Таблица 2
Коэффициент использования установленной мощности электростанций (ЭС), использующих возобновляемые источники энергии в России (экспертные оценки)
Тип ВЭС Малые ФЭС ЭС на ЭС на
ЭС ГЭС биомассе биогазе
0.30
0.13
0.35
0.40
у
Сжигание угля в топке электростанции
Ф
Л- Аккумулирование 4 низкопотенциальной -
теплоты водой градирни
/ 4 . - , / .
Ф
ся за счёт того, что при низкой стоимости 1 кВт установленной мощности ЭС использование запасов угля позволяет подобрать оборудование для каждого технологического передела, работающего с номинальной нагрузкой. Поэтому среднее значение КИУМ для тепловых угольных ЭС в России составляет 50%, а для АЭС - 75-78%.
Стоимость 1 кВт установленной мощности в свою очередь зависит от КПД основных технологических переделов. Высокий КПД на ТЭС достигается за счёт расширенного (по температуре) термического паросилового (термодинамического) цикла, который летом ниже, чем зимой.
Но это не в равной степени относится ко всем ЭС, работающим на органическом топливе. Так, многие посёлки Севера Европейской части России, Сибири и Дальнего Востока снабжаются электроэнергией от дизельных электростанций (ДЭС) мощностью до 1.5 МВт. Число часов использования таких ДЭС составляет около 1000 ч в год (КИУМ = 0.11) с продолжительностью их работы 5-8 ч/сут. Поэтому вырабатываемая ими электроэнергия одна из самых дорогих.
Рассмотрим внешние и внутренние энергетические связи ГЭС (рис. 2).
Из рис. 2 следует, что поскольку высоконапорный поток воды поступает на турбину без затрат энергии - естественным путём, то стоимость электроэнергии ГЭС при близ-
Граница внешних связей
Выработка электрической энергии
Ф,
Ь и
* "исп.в
Граница внешних связей
Аккумулирование запасаг воды в водохранилище
°0Д
Русло реки, расположенное ниже плотины гидроэлектростанции
Выработка электрической энергии
Рис. 2.
Принципиальная схема основных внешних и внутренних энергетических связей гидроэлектростанции. 1/вод - поступление воды в водохранилище ГЭС; уисп.в - испарение воды из водохранилища; Фвод - поток воды к гидротурбине; Фв - сброс низкопотенциальной воды в русло реки; vв - поток воды в нижнем бьефе; Фэ - отпуск электроэнергии потребителю.
ких значениях 1 кВт установленной мощности к ТЭС должна быть намного меньше, чем от угольной электростанции. Однако это не всегда так.
Весной через створы существующих ГЭС проходит в среднем 60% годового стока воды. При этом от 10 до 25% годового стока воды ГЭС сбрасывается вхолостую из-за отсутствия регулирующей ёмкости водохранилища. Это в первую очередь касается низконапорных плотин и турбин на реках Среднерусской равнины, в результате чего в течение года все гидротурбины на ГЭС работают при номинальной мощности только весной. А в остальное время года часть их работает на неполную мощность или простаивает. Поэтому ГЭС не могут обеспечивать электроснабжение потребителя по потребностям (номинальную выработку летом, осенью и особенно зимой).
При площади водохранилища Новосибирской ГЭС 1072 км2, годовая выработка электроэнергии составляет 1.678 млрд кВт • ч, или с 1 м2 площади вырабатывается всего 1.56 кВт • ч в год, при среднегодовом КИУМ около 40%. А Саяно-Шу-шенская ГЭС при пло-Ф, щади водохранилища
__621 км2 вырабатывает в
год около 23.5 млрд кВт • ч электроэнергии, или с 1 м2 площади водоёма производится 38 кВт • ч в год при среднегодовом КИУМ 42%. В немалой степени такие низкие КИУМ связаны с потерей огромных объёмов воды от её испарения. На стоимость вырабатываемой электроэнергии ГЭС также влияет невысокая энергетическая плотность потока рабочего тела -воды.
Приведённые выше примеры генерации электроэнергии показывают, что в период окупаемости проектов на её стоимость влияет КИУМ, который зависит от запаса первичной энергии (угля, воды), от их энергетических по-
Рис. 3.
Принципиальная схема основных внешних и внутренних энергетических связей ветроэлектрической станции.
увет - поступление потока ветра на турбину; Мс - передача крутящего момента силы на электрогенератор;
Фэ.э - поток электроэнергии для зарядки аккумулятора; Фэ - отпуск электроэнергии потребителю.
Таблица 3
КИУМ и стоимость (в долларах) 1 кВт установленной мощности (условной и эксплуатационной)электростанций, использующих различные ВИЭ в России
ВЭС с аккумулятором Малые ГЭС ФЭС ТЭС
Условная стои-
мость 1 кВт
установленной
мощности* 2500 1500 5000 1000
КИУМ 0.5 и
0.25 0.30 0.13 более
Эксплуатационная
стоимость 1 кВт установленной мощности для данной территории с учётом КИУМ
10 000*
5000 38 460
2000 и менее***
Количество и ёмкость аккумуляторов напрямую зависит от КИУМ ЭС того или иного типа для конкретной местности.
** В ряде районов Омской области для ВЭС при КИУМ = 0.1 эксплуатационная стоимость 1 кВт установленной мощности по предлагаемой методике оценки эффективности использования ЭС составит 25000 долл.
*** При КИУМ = 0.1-0.2 (для малых "поселковых" ЭС с надлежащим резервированием) эксплуатационная (фактическая) стоимость 1 кВт установленной мощности по предлагаемой методике оценки эффективности использования ЭС составит от 5 до 10 тыс. долл.
Рис. 4.
Принципиальная схема основных внешних и внутренних энергетических связей гелиоэлектростанции на базе солнечного соляного пруда. Фпр , Фотр и Фрас -световой поток прямого, отражённого и рассеянного солнечного излучения; Фтвп и Фтнп - тепловой поток высокого и низкого потенциала; Фэ - отпуск электроэнергии.
тенциалов, возможности её (первичной энергии) равномерного по времени поступления для преобразования в электроэнергию.
В решении задач обеспечения малых потребителей бесперебойным электроснабжением часто используются решения, связанные с аккумулированием выработанной на ВЭС, ФЭС бензиновым электрогенератором электроэнергии.
На рис. 3 представлены внешние и внутренние энергетические связи ВЭС. Примерно также будут выглядеть (с учётом присущих им различий технологических переделов) схема основных внешних и внутренних энергетических связей ФЭС и схема с бензиновым электрогенератором и аккумуляторами. Из рис. 3 видно, что отпуск потребителю электроэнергии может осуществляться
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.