Развитие системы управления в теплоэнергетической отраслью в регионе
 Скачать 1.42 Mb.
|
|
1.3 Развитие альтернативных видов энергетики в России и мире Альтернативные источники энергии, образующиеся на основе постоянно существующих или периодически возникающих процессов в природе, а также жизненном цикле растительного и животного мира и жизнедеятельности человеческого общества. 23 Рисунок 1 – Виды альтернативных источников энергии К возобновляемым источникам энергии относятся: Энергия солнца, энергия ветра, энергия вод (в том числе энергия сточных вод), за исключением случаев использования такой энергии на гидроаккумулирующих электроэнергетических станциях, энергия приливов, энергия волн и водных объектов, в том числе водоемов, рек, морей, океанов. Геотермальная энергия с использованием природных подземных теплоносителей, низко-потенциальная тепловая энергия земли, воздуха, воды с использованием специальных теплоносителей. Биомасса, включающая в себя специально выращенные для получения энергии растения, в том числе деревья, отходы производства и потребления, за исключением отходов, полученных в процессе использования углеводородного сырья и топлива. Биогаз выделяемый отходами производства и потребления на свалках таких отходов. В современном мире дешевые запасы сырья и не равномерное потребление ресурсов, экологическое загрязнение для производства любого вида энергии, что заставляет многие страны мира начинать сокращение потребления энергии получаемых за счет углеводного сырья. На этом фоне началось формирование перехода к альтернативным источникам энергии (АИЭ) [1, 2]. В настоящие время мир стоит на пороге революции в мире энергетики, переход от индустриальной к постиндустриальной энергетики, Ветроэнергетика • Ветренные мельницы Энергия воды • Гидроэлектро станция(ГЭС) • Малая ГЭС • Энергия Морей и океанов Энергия солца • Солнечные батерии 24 переход к валовой энергии. Постиндустриальная фаза – это централизованная система энергетики ориентированная на возобновление источников энергии (далее - ВИЭ). В ходе анализа статистических данных [5-10], позволяют говорить о приросте в мировых инвестиций в ВИЭ. Если сравнить то в 2008 году инвестиции составляли 140 миллиардов долларов, сейчас эти цифры выросли до 400 миллиардов долларов, растет количество больших, и мелких компаний занимающихся разработкой более совершенных способов добычи энергии, в таблице 3 приведена информация о изменении мощности в ВИЭ в мире [12]. Рисунок 2 – Мощность ВИЭ в мире В период с 2014 по 2015 год, суммарная мощность возобновляемой энергии, выросла на 148 ГВт, основной рост произошел по двум направлениям, это солнечная энергия и энергия ветра. Оба направления являются менее затратными с точки зрения инвестиций, в конце 2015 года велось строительство новых солнечных станций в Марокко, Южной Африке, Израиле, в Чили, Саудовской Аравии, Китае и в Индии. Это отражает новую тенденцию перехода от традиционных рынков к развивающимся регионам с высоким уровнем прямого вертикального солнечного излучения. Энергия ветра стала ведущим видом в Европе и США, и также вторым по значимости в Китае, за год было введено 63 ГВт ветрогенерации, и мировая мощность составляет 433 25 ГВт [12]. Далее предлагаю рассмотреть Установленную мощность возобновляемых источников энергии в странах , Евро Союза, БРИКС и странах большой семерки, на конец 2015 года. Рисунок 3 – Мощность ВИЭ в странах, ЕС, БРИКС и станах большой семерки Всего в мире вырабатывается 785 ГВт, как уже отмечалось ранее, ключевыми видами являются, энергия солнца и ветра. Если рассматривать страны Евросоюза и страны БРИКС, то вырабатываемая мощность в год, находится примерно на одном уровне и являются лидерами в мире. Из графика видно, что Китай, США, используют в качестве основных видов энергию ветра, что составляет больше 80% из общей мощности. Также США использует геотермальную энергию, что составляет незначительную часть в общей мощности добычи энергии, но является потенциально важным направлениям в развитие альтернативных видов энергии [12]. На данный момент Россия отстала от общей тенденции перехода на альтернативные виды энергии, в данный момент альтернативная энергия составляет менее 1% в общей совокупности произведенной энергии. За 2015 год, в России было запущенно в эксплантацию 9 солнечных электростанций 26 общей мощностью 170 МВт, стоит отметить, что все 80% комплектующих были произведены внутри страны, и в основе лежали самые важные принципы, оборудование должность выдерживать температурные режимы от -40 до +45 градусов. Также на Дальнем Востоке, открыт ветроэнергетический комплекс состоящий из трех установок общей мощностью 900 кВт, и планируется расширение данных установок и нарост мощности до 3 МВт. На данный момент в России действует стратегия развития альтернативных источников энергии 2030, основные цели данной стратегии: − снижение темпов роста антропогенной нагрузки на окружающую среду и противодействие изменению климатическим изменениям при необходимости удовлетворения растущего потребления энергии; − рациональное использование и снижение темпов роста потребления имеющихся ресурсов ископаемого топлива в условиях неизбежного истощения его запасов; − сохранение здоровья населения и качества жизни путём снижения темпов роста загрязнения окружающей среды при использовании ископаемого топлива, снижение общегосударственных расходов на здравоохранение; − снижение темпов роста затрат на распределение и транспортировку электрической энергии и топлива и возникающих при этом потерь; − вовлечение в топливно-энергетический баланс дополнительных топливно энергетических ресурсов; − повышение уровня энергетической безопасности и надёжности энергоснабжения за счёт увеличения уровня его децентрализации. Согласно данной стратегии было утверждены предельные капитальные вложении для реализации механизма поддержки ВИЭ. В целях снижение рисков при принятии инвестиционных решений в проекты ВИЭ Правительством были внесены изменения в определения максимальной цены на мощность генерирующих объектов, рассмотрим данные капитальных вложений на возведение 1 кВт на 1 рубль [10,11]. 27 Таблица 3 – Предельные величины капитальных затрат на возведение 1 кВт установленной мощности генерирующего объекта, функционирующего ВИЭ, руб. Тип генерации 2014 год 2015 год 2016 год 2017 год 2018 год 2019 год Возобновляемые источники энергии 65 762 110 000 109 890 109 790 109 670 109 561 Солнечная электростанция 116 451 114 122 111 839 109 602 107 410 105 262 Мини-ГЭС 146 000 146 000 146 000 146 000 146 000 146 000 Из таблицы видно, что основные капитальные вложения уходят в строительство Мини-ГЭС, данное направление возобновляемых источников энергии для России является наиболее популярным, так как 12,4% всей территории занимает вода, что позволяет возводить мини-ГЭС. Солнечная электростанция на первый взгляд неочевидный повод для инвестиций, но в некоторых районах России солнце светит до 250 дней в году что может обеспечить электричеством отдаленные районы попадающие в единую энергетическую систему России. Среднегодовое снижение капитальных затрат составляет 0,1% для возобновляемых источников энергии, и 2% для солнечных электростанций. За последние два года объекты возобновляемых видов энергии начинают активно развиваться, общая мощность с 2014 года по настоящие время выросла до 574 МВт, что может свидетельствовать о серьезных планах по увеличению доли возобновляемой энергии в общем объеме, более детально рассмотреть увеличение мощности по направлениям можно в таблице 4. Таблица 4 - Мощность объектов функционирующих на основе ВИЭ, МВт Виды генерирующих объектов 2015 год 2016 год 2017 год 2018(План) год 2019(план) год Энергия ветра 51 50 200 400 500 Энергия солнца 140 200 250 270 270 Энергия воды 26 124 124 141 159 Прочие 217 374 574 811 929 28 Исходя из данных приведенных в таблице, можно говорить об общем росте по каждому направлению ВИЭ. Значительным приростом мощности стало направление энергии воды, это стало возможно из-за ввода в эксплуатацию и развитию малых ГЭС. Компания ПАО «РусГидро» провели модернизацию существующих мини ГЭС, а также модернизировали энергоблок для достижения более продуктивной добычи энергии на реках. Также компанией «РусГидро» за период с 2015 года было введено 8 объектов солнечной энергии, что дало большой приток в общий масштаб развития альтернативной энергетики. В государственной политике в сфере эффективности энергетики главной задачей на период 2030 года, является увеличение использования возобновляемых видов энергии. В данный момент Россия не входит в лидеры по освоению ВИЭ, и отстает от мировых лидеров [13]. Основываясь на данных ПАО «РусГидро» представленных на рисунке 4 приведен прогноз по количеству вырабатываемой энергии ВИЭ. В таблице 5 приведены данные прогноза количества электроэнергии, вырабатываемой за счёт некоторых видов возобновляемых источников энергии. Рисунок 4 – Мощность электростанций на основе ВИЭ в России 29 Таблица 5 – Прогноз количества электроэнергии, вырабатываемой за счёт некоторых видов возобновляемых источников энергии Вид генерации Производство э/э, млрд. кВт.ч 2009 2015 2020 2030 2040 Энергия ветра 0,004 1,3 18,9 45,9 64,8 Энергия солнца 3,3 4,5 10 15 20 Малые ГЭС - 0,65 2,6 8,06 14,3 Итого 3,304 6,45 31,5 68,96 99,1 Из прогнозных данных, можно сделать вывод, что прогнозные показатели совпадают с действительностью, и, не смотря на сложную экономическую ситуации в стране, рост мощности ВИЭ опережает прогнозные значения. На сегодняшний день энергия ветра уже составляет 200 МВт, энергия солнца 250 МВт, малые ГЭС имеют самое значительное развитие, и составляет 124 МВт. С 2009 года был реконструирован завод по производству комплектующих для установок солнечной энергии, также появились и маленькие компании по производству солнечных батарей. Разработана новая турбина для увеличения изымаемой энергии из рек, которая уже применяется на малых-ГЭС. Развитие энергии ветра происходит на территории Дальнего федерального округа, на данный момент работают 3 станции. Использование энергии ветра для генерации электроэнергии Использование энергии ветра, как показали исследования, является одним из наиболее перспективных. Общая мощность ветреных станций постоянно растет. С помощью ветреных станций вырабатывается 2,5% электроэнергии. Свое начало ветреные двигатели берут свое начало с 19-го века, связанно с инженером У. Д. М. Ренкина [14] и английского инженера У. Фруда [15,16]. Можно выделить следующие компании, которые занимаются разработкой: ООО «Ветро Свет», ООО «СКБ Искра», OOO «ГРЦ-Вертикаль», 30 ООО «Сапсан-Энергия» и многие другие. Цена подобных установок зависит от высоты и мощности. К примеру, 25 установок по 4 МВт составит 27, 5 млн. долларов, а с мощностью 1МВт, 110 млн. долларов [17]. Современные ветрогенераторы работают при скоростях ветра от 3-4 м/с до 25 м/с. Мощность ветрогенератора зависит от площади лопастей генератора. Самой распространенной установкой является конструкция с тремя лопастями и горизонтальной осью. Были попытки внедрения с расположением оси по вертикали, но в силу технических проблем с торможением, это не вышло сделать. Наиболее перспективными местами для данных установок приходятся прибрежные зоны. Но есть ряд проблем связанных с тем, что энергия ветра не регулируема, поток энергии может изменяться в зависимости от погодных условий, времени года или времени суток, и поступление такой энергии в общий поток, может сильно дестабилизировать систему. Также существует проблема шума от ветреных установок, механических и аэродинамических. В ряде стран Европы существуют законы не позволяющие размещать подобные установки ближе, чем на 500 от жилых домов. Электростанции на солнечных батареях Солнечная энергия, которая поступает на землю, достигает невероятных масштабов, и превышает все вместе взятые углеродные топлива. Расчеты показывают, что 0,0125% поступающей солнечной энергии, могут обеспечить нужды энергетики на сегодняшний день. Используют солнечную энергию двумя способами: путём применения различных термосистем, и посредством фотохимических реакций (фотовольтаика) [18]. Способ преобразования солнечного излучения в электрическую энергию с помощью солнечных батарей. Батареи могут существенно различаться по мощности, от малых установок до огромных станций. Эффект возникает в процессе движущей силы под действием которой магнитные излучения, и излучения солнца, это и называется фотовальтический эффект. Этот эффект впервые был открыт для электролитической ячейки французским учёным Эдмондом Беккерелем в 1839 31 году [19]. Солнечная энергия, является одной из развитых из возобновляемых источников. Солнечные батареи показывают рост мощностей, что может привести к созданию солнечных батарей большей емкости. В современной России ведутся следования в области возобновляемой энергии, в таких институтах как РАН и МГУ им. М. В. Ломоносова. Так в институте ФТИ им. Иоффе РАН. Но объём исследований очень мал. Есть и организации которые занимаются разработкой и научной деятельностью в данной области среди которых Рязанский завод металлокерамических приборов г. Рязань, НПО «Машиностроение», «Совлакс», НПП «Квант», ВИЭСХ, ЗАО «Телеком-СТВ», ОАО «Позит» и д.р. В странах Европы, США, Китая, заметен рост инвестирования в разработки по увеличению мощности возобновляемых источников энергии, суммы достигают до 100 млрд долларов, каждый год. Рисунок 5 – Динамика роста мировых производственных мощностей электричества (13) и рост производственных мощностей имеющихся в мире солнечных батарей (12) Солнечные системы имеют несколько видов, в зависимости от степени их применения, бывают станций частые, малой мощности, они размещаются на крышах домов, станции для коммерческого использования могут быть 32 расположены как на крыше, так и на земле, но обеспечивать больше одного потребителя. Существует три поколения: − первое поколение основывается на пластине кристаллического кремния. Способ изготовления различается от поликристаллических и монокристаллических пластин кремния. В данный момент первое поколение системы более развито, из-за своей более низкой стоимости; − второе поколение, основанное на тонких пленках, дают возможность изготавливать более гибки конструкции, имеют большую площадь, но меньший коэффициент преобразования; − третье поколение, основанное на разных материалах и находится на стадии исследования. Важную роль в экономической эффективности играет общие капитальные вложения, и все годовые расходы, которые зависят тот типа солнечных батарей, конструкция, наличие системы управления. Срок службы преобразователей солнечной энергии различен: − Монокристаллические модули –30 и более лет; − поликристаллические модули – 20 и более лет; − из аморфного кремния (тонкоплёночные, или гибкие) – от 7 до 20 лет. На срок окупаемости и себестоимости полученной энергии влияет и место, способ размещение установки. От этих факторов зависит и количество солнечной энергии попадающей на панель, после преобразования солнечного излучения получается количество электроэнергии. Стоимость электроэнергии составляет примерно 20-30 центов за кВт.ч. Но вопрос об экономической эффективности может быть решен с учетом дефицита энергии в регионах удаленных от центральный энергосистем, с разными климатическими условиями. Малая гидроэнергетика. Гидроэнергетика – одна из самых развитых отраслей альтернативной энергетики. Первая в мире станции были построены в конце 19-го века в Америке, в России первая станция была построенная на 33 Алтае в 1892 году. Первая ГЭС, которой можно назвать промышленной, те есть та, которая начала работу в энергосистеме «Белый уголь», расположенная в Ставропольском крае. Развитие гидроэнергетики плотно связанно с планом ГОЭЛРО, о чем говорилось ранее. В соответствие со стратегией 2030, должны появятся станции 4 видов: − малые ГЭС – от 1 до 30 МВт; − мини ГЭС – от 100 кВт до 1 МВт; − микро ГЭС – от 5 до 100 кВт; − пико ГЭС – до 5 кВт. Потенциал малых Российских рек очень велик, количество превышает 2,5 млн, а сумма всех сток составляет 1000 кубов воды в год. На данный момент доступными малыми ГЭС в России можно производить в год более 500 млрд кВт.ч. Энергетический потенциал российских малых рек достаточно велик. Их количество превышает 2,5 миллиона, а суммарный сток составляет более 1000 км3 воды в год. Доступными в настоящее время средствами на малых ГЭС в России можно производить в год около 500 млрд. кВт·ч электроэнергии [20]. Сегодня в России в эксфолиации находятся 300 малых ГЭС на общею мощность 2,2 ГВт. На сегодняшний день в России эксплуатируется всего около 300 малых ГЭС общей мощностью 1 ГВт, к 2015 году планируется довести суммарную мощность малых и микроГЭС до 2,2 ГВт [21]. Развитие электроэнергетики на перспективу в РФ определяется Генеральной схемой размещения объектов электроэнергетики на период до 2020 года [22]. В данный момент экономическая эффективность малых ГЭС уступают крупным ГЭС, интерес к ним растет, это связанно с малыми капиталовложениями, и может быть построен на средства частотного сектора. Малые ГЭС очень выгодна с экологической точки, ей не нужны большие водохранилище, а значит и площади тоже. В России ряд компаний работают по производству оборудования для малых ГЭС, все они представляют собой станцию, которая преобразовывает энергию воды в энергию. Большое влияние на эффективность мини ГЭС, 34 оказывает сумма вложений, сумма состоит из нескольких частей: строительство или ремонстрация, основное оборудование, вспомогательное оборудование, проектные работы. Таким образом, мы можем делать вывод, что со времени зарождения отрасли с началом реализации плана ГОЭРЛО, который являлся государственной стратегией развития, и являлся самым долгим и масштабным планом по сегодняшний день. Стоит отметить, что план позволил развить не только энергетическую отрасль, но и промышленную, производственную, научную. За счет потребностей в технологиях для строительства новых объектов, всем областям нужно было работать над общей целью, что позволяло быть лидерами во всей отраслях в мире. Одной из главных задач плана было разработка, и внедрение комбинированной системы энергии, что позволяло обеспечить лидерство в области строительства комбинированных станций. С развитием технологий план приобретал новые цели, так одной из целей стало запуск первой атомной электростанции, что дало новый виток в развитие энергетического комплекса. Это позволило стране в сложный период времени под вилянием политической и экономической ситуации стать лидером в энергетической отрасли. В современной России теплоэнергетическая отрасль находится в стагнации, отмечается большой износ основных фондов до 60%, маленькое поступление инвестиций для реконструкции основных фондов. Несмотря на эти проблемы, централизованное теплоснабжение в Российской федерации является самой крупной в мире. В системе теплоснабжения находится 70% населения или боле 10 миллионов человек, это составляет 82% жилого фонда страны. В данный момент во всем мире, как и в России активно применяются альтернативные источники энергии, к ним относят, энергию солнца, энергию ветра, энергию воды. На данный момент суммарная мощность альтернативных источников энергии составляет 1849 ГВт. Основными лидерами возобновляемой энергии выступают такие страны как, Китай, США, Германия, в этих странах сконцентрировано 80% всех возобновляемых источников в мире. В Российской Федерации вид 35 альтернативной энергетики практические не развивается и составляет 1% от общего объема произведенной энергии. За последние два года объекты возобновляемых источников энергии выросли до 574 МВт, что говорит о масштабной работе в этом направлении, главным игроком на рынке возобновляемых источинков энергии является компания «РусГидро», компания модернизировало свое оборудование в области гидроэнергетики, и разработала современную турбину и энергоблок для более продуктивного добычи энергии из рек. За 2015 год было введено в эксплуатацию солнечные электростанции общей мощностью 170 МВт, основными комплектующими данной технологии были произведены внутри страны. Было ведено 3 ветроэнергетических установки мощностью 900 кВт. В планах до 2020 года увеличить общий объем энергии от альтернативной энергии до 15,31 ГВт. Альтернативные источники энергии позволяют снизить антропогенную нагрузку на население, рационально использовать ресурсы ископаемого топлива в условиях неизбежного снижения запасов, сохранения здоровья населения и качества жизни путем снижения роста загрязнения окружающей среды. |