Распределенная энергетика. Аналитика

Международная научно- практическая конференция « Малая энергетика-2005»

Воропай Н.И. (Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН, Иркутск, Россия)

Предпосылки и тенденции.

Электроэнергетика экономически развитых стран мира, в том числе, бывшего СССР, интенсивно развивалась в течение ХХ века главным образом путем повышения уровня централизации электроснабжения при создании все более мощных электроэнергетических объектов (электростанций, ЛЭП). Следствием этого явилось формирование территориально распределенных протяженных электроэнергетических систем (ЭЭС). Это позволило достичь существенного экономического эффекта, повысить надежность электроснабжения и качество электроэнергии .

С начала XX века технологии традиционных паротурбинных агрегатов тепловых и атомных электростанций развивались по пути использования все более высоких параметров пара, это требовало применения более совершенных материалов котлов и турбин, при этом имела место тенденция увеличения единичной мощности установок. Все отмеченное позволяло улучшать технико-экономические параметры установок - удельные капиталовложения и постоянные текущие издержки на единицу мощности и удельные расходы топлива на единицу вырабатываемой электроэнергии. Указанная тенденция укрупнения агрегатов наблюдалась и в гидроэнергетике, хотя и в меньшей мере.

В 1980-е годы эта тенденция принципиально изменилась вследствие появления высокоэффективных (до 55-60 % КПД) газотурбинных и парогазовых установок (ГТУ и ПГУ) широкого диапазона мощностей, в том числе малых - от единиц до одного-двух десятков МВт. Отличительной особенностью таких установок, особенно малых, является их высокая заводская готовность, что позволяет вводить их в эксплуатацию за период в пределах года . Одновременно появился большой ассортимент мини- и микро- ГТУ (от долей кВт до нескольких десятков кВт). На основе малых ГТУ начали сооружаться малые ГТУ-ТЭЦ для комбинированной выработки электроэнергии и тепла.

К малой энергетике относятся и многие типы энергетических установок на возобновляемых источниках энергии (ВИЭ), прежде всего ветроэнергетические установки (ВЭУ) . Малые ГТУ, ПГУ и ВЭУ устанавливаются непосредственно у потребителей и подключаются к распределительной электрической сети на напряжениях 6-35 кВ. Эти установки получили название "распределенная генерация" .

Главными факторами, стимулирующими развитие распределенной генерации, являются:

· адаптация потребителей к рыночной неопределенности в развитии электроэнергетики и в ценах на электроэнергию; это способствует снижению рисков дефицита мощности и повышению энергетической безопасности;

· повышение адаптационных возможностей самих ЭЭС к неопределенности рыночных условий развития экономики и снижение тем самым инвестиционных рисков;

· появление новых высокоэффективных энергетических технологий (ГТУ и ПГУ);

· рост доли газа в топливоснабжении электростанций;

· ужесточение экологических требований, стимулирующее использование ВИЭ (гидроэнергии, ветра, биомассы и др.) при протекционистской политике государств.

Масштабы развития.

Развитие малых ГТУ-ТЭЦ происходит достаточно интенсивно. В частности, в странах ЕС прогнозируется рост суммарной мощности ГТУ-ТЭЦ (прежде всего небольшой мощности) с 74 ГВт в 2000 г. до 91-135 ГВт в 2010 г. и 124-195 ГВт в 2020 г. (в зависимости от энергетической политики ЕС), что составляет 12% от суммарной генерирующей мощности стран ЕС в 2000 г., 13-18% - в 2010 г., 15-22% - в 2020 г. .

В российских условиях уже в настоящее время малые ГТУ-ТЭЦ оказываются эффективными. Расширение сферы газификации на средние и малые города и поселки городского типа, создание рынка высокоэкономичных, с коротким сроком сооружения, быстроремонтируемых установок малых ГТУ-ТЭЦ обеспечивают их активное вовлечение в структуру генерирующих мощностей регионов страны. Так, в Астраханской области при нынешнем уровне генерации в 1060 МВт из 550 МВт электрической мощности, планируемой к вводу до 2020 г., 65,5 МВт должны составить малые ГТУ-ТЭЦ, а в более удаленной перспективе их потенциал может достигнуть 185-200 МВт. В Томской области при существующем уровне генерации в 1804 МВт к 2020 г. предполагается ввести 246 МВт, в том числе 130 МВт (53%) за счет малых ГТУ-ТЭЦ. При этом используется отечественное оборудование .

Оценки показывают, что в перспективе потенциальные возможности сооружения малых ГТУ-ТЭЦ вместо неэкономичных устаревших котельных в городах и поселках могут составить суммарную электрическую мощность в 100 ГВт, количеством 12900 штук, средней единичной мощностью 7-8 МВт, а в максимальном варианте -соответственно 175 ГВт, 84000 штук, средней единичной мощностью 2-3 МВт . Реалистичные прогнозы дают в целом по стране 25-35 ГВт к 2020 г. и 35-50 ГВт к 2050 г. малых ГТУ-ТЭЦ, т.е. до 10-15% от суммарной установленной мощности генерации .

В последние годы использование ВИЭ для производства электроэнергии получило во многих странах значительное развитие. Западно-европейские страны планируют увеличить производство электроэнергии на базе ВИЭ к 2010 г. в среднем более, чем на

10 %, особенно за счет использования энергии ветра (рис. 1) . В настоящее время суммарная установленная мощность работающих в мире ВЭУ составляет более 31 ГВт , наибольшая по мощности единичная ВЭУ - 4,5 МВт - введена в Германии . Основные вводы ВЭУ приходятся на европейские страны - Германию, Данию, Великобританию, Нидерланды, Испанию, Швецию, Италию. Потенциал ветроэнергии имеется и в России .

Следует отметить, что в 2000 г. в России работали 12 ВЭУ (суммарная мощность 7,2 МВт), 2 геотермальные установки (23 МВт), 59 малых ГЭС в диапазоне мощностей 0,5-30 МВт (513 МВт), около 100 мини-ГЭС мощностью менее 0,5 МВт (40 МВт), 11 установок на биомассе (523 МВт). Все это составляет всего 0,5 % установленной мощности электростанций России. Согласно энергетической стратегии России на период до 2020 года потенциал возобновляемых энергоресурсов в стране достаточно велик (табл. 1), однако при этом установленная мощность ВИЭ прогнозируется лишь в следующих объемах: ВЭУ - 1-1,2 ГВт; малые и мини-ГЭС - 2,5-3 ГВт, геотермальные установки - 0,25-0,3 ГВт, что составляет весьма незначительную долю от суммарной генерации на этот период.

Между тем, в мире накоплен достаточно богатый опыт экономического стимулирования ВИЭ . Основными формами такой поддержки являются:

субсидии и кредиты по низким процентным ставкам; гарантии по банковским ссудам;

установление фиксированных закупочных цен на энергию, вырабатываемую на основе ВИЭ;

освобождение от уплаты налога на часть прибыли, инвестированной в нетрадиционную энергетику; - предоставление режима ускоренной амортизации; финансирование НИОКР в области нетрадиционной энергетики.

Опосредованно стимулирующее воздействие на использование ВИЭ оказывают такие инструменты экологической политики как плата за загрязнение окружающей среды, за выброс парниковых газов, другие "зеленые" налоги.

Возобновляемые источники энергии наиболее широко используются в странах с активным экологическим регулированием, которое включает систему законодательных, административных и экономических инструментов. Эти инструменты применяются на государственном и муниципальном уровнях для стимулирования сокращения выбросов (не только энергетическими установками). Такой подход типичен для стран Скандинавии, Дании, Австрии, Нидерландов, Германии, США.

Специфические подходы к экологической политике у развивающихся стран (Китай, Индия и др.), которые сочетают прямое административное регулирование и косвенные экономические стимулы. Тем не менее, экономическое стимулирование инвестиций в ВИЭ и в этих странах становится все более важным.

Стимулирующая политика в отношении ВИЭ начинает разрабатываться и в России. Так, группа американских и российских компаний разработала пилотный проект промышленной ветроэлектростанции мощностью 75 МВт, которая войдет в ЭЭС Санкт-Петербурга и Ленинградской области. ВЭС будет состоять из 50 ветроустановок мощностью по 1,5 МВт каждая производства компании GE Wind Energy . Завершена разработка ТЭО, строительство станции начнется во 2-м полугодии 2005 г.

Строительство ВЭС поддерживает правительство Ленинградской области, которое готово предоставить участникам проекта налоговые льготы, в том числе на недвижимость и прибыль. Кроме этого, были внесены поправки в проект регионального закона "О поддержке использования нетрадиционных возобновляемых энергетических ресурсов в Ленинградской области", а также предусмотрены налоговые льготы для промышленных потребителей электроэнергии, вырабатываемой с помощью ветра (и иных возобновляемых источников), которые способны покрыть разницу между тарифами на электроэнергию из традиционных и нетрадиционных источников. Реализация проекта позволит также разработать нормативные документы и методики проектирования аналогичных ВЭС и создать механизм гарантированного возврата заемного капитала, привлекаемого для финансирования сооружения ВЭС.

Электроэнергетические системы будущего символически можно представить как на рис.2, где 1 - промышленные потребители, 2 - социально-бытовые потребители, 3 -традиционные крупные электростанции, 4 - малые ГТУ-ТЭЦ, 5 - мини- и микро-ГЭС, 6 - ВЭУ, 7 - солнечные электростанции, 8 - топливные элементы, 9 - поршневые двигатель-генераторы, 10 - накопители энергии, 11 - биогаз. Как видно из этого рисунка, ЭЭС будущего должны сочетать крупные источники электроэнергии, без которых проблематично электроснабжение крупных потребителей и обеспечение целесообразных темпов роста электропотребления, а также распределенную генерацию. Крупные электростанции имеют трансформацию на напряжения 110 кВ и выше и выход в основную сеть высших напряжений, осуществляющую транспорт электроэнергии до крупных центров потребления.

В то же время, как следует из вышеизложенного, должны получить существенное развитие установки распределенной генерации, в том числе на ВИЭ, которые устанавливаются в распределительной сети 6-35 кВ. Третий уровень составят мини- и микро-установки (мини- и микро-ГЭС, ВЭУ, солнечные электростанции, топливные элементы и т.п.), которые подключаются на напряжение 0,4 кВ и устанавливаются у небольших потребителей, например, в отдельных домах или даже в квартирах.

Технические особенности и проблемы.

Подобная трансформация ЭЭС будущего придает им положительные качества, однако создает и определенные проблемы. Основные изменения в ЭЭС в связи с появлением распределенной генерации сводятся к следующим:

• Развитие распределенной генерации разгружает как основную, так и распределительную сеть, что способствует снижению потерь электрической энергии повышению надежности и устойчивости ЭЭС и вносит дополнительные возможности в реализацию рынков электроэнергии,освобождая пропускные способности связей .
• В то же время, распределенная генерация - это новые элементы ЭЭС, во многом с новыми динамическими характеристиками и возможностями управления. Так, ВЭУ имеют переменный режим работы, который при больших суммарных мощностях ВЭУ может создавать проблемы при управлении режимами ЭЭС, регулировании частоты, требуется резервирование по мощности до 50% от мощности ВЭУ и др. . При очень сильном ветре ВЭУ останавливаются, что при больших их суммарных мощностях может оказаться экстраординарным возмущением в ЭЭС, могущим привести к нарушению устойчивости системы и каскадному развитию аварии . Малые ГТУ имеют уменьшенную, по сравнению с традиционными агрегатами тепловых и гидравлических электростанций, постоянную инерции, отличные от больших агрегатов характеристики систем регулирования . К настоящему времени имеются некоторые исследования влияния распределенной генерации на свойства ЭЭС в установившихся и переходных режимах, однако эта проблема находится еще в начальной стадии изучения и более-менее уверенные выводы и рекомендации делать пока преждевременно.
• Неоднозначно и влияние распределенной генерации на качество электроэнергии по уровням напряжений. С одной стороны, наличие распределенной генерации в распределительной сети позволяет более стабильно поддерживать уровни напряжений в узлах за счет возможностей этих генераторов по генерированию реактивной мощности, в отличие от традиционных распределительных сетей, в которых потери напряжения тем больше, чем дальше от питающей подстанции высокого напряжения. С другой стороны, обнаружены явления, получившие название фликкера в англоязычной литературе и связанные с быстрыми колебаниями напряжения. Характерно, что фликкер развивается при резком снижении напряжения в узле присоединения малого генератора, особенно если генератор асинхронный .
• Неоднозначно также влияние распределенной генерации на генерацию высших гармоник в системе. С одной стороны, наличие распределенных генераторов снижает их уровень. Но, с другой стороны, многие малые установки, например, ВЭУ, высокочастотные ГТУ, подключаются к распределительной сети через преобразователи переменного тока в постоянный и обратно, которые генерируют в сеть высшие гармоники .
• Подключение источников распределенной генерации к распределительной сети увеличивает токи короткого замыкания, что может потребовать замены коммутационных аппаратов, изменения настроек защит и др. .
• Появление распределенной генерации усложняет диспетчерское управление ЭЭС, смещая его функции на распределительную сеть. Проблема при этом заключается в высокой неопределенности режимов работы распределенной генерации вследствие неравномерности загрузки агрегатов, отсутствия текущей информации об их работе и др. В последнее время появился ряд разработок, в которых предпринимаются попытки решения этой проблемы на основе распределенной системы диспетчерского управления с использованием Интернет-технологий . В связи с этим появилось понятие "виртуальная электростанция", которая условно объединяет распределенную генерацию посредством распределенной Интернет-системы управления.
• Распределенная генерация усложняет также систему релейной защиты и автоматики, противоаварийного управления ЭЭС . Распределительная сеть с появлением в ней установок распределенной генерации приобретает черты основной сети, т.е. в ней возникают проблемы устойчивости и др., что требует разработки устройств автоматики, аналогичных основной сети. При потере электроснабжения от питающей подстанции основной сети имеется возможность выделить установку распределенной генерации на близкую по мощности нагрузку, что обеспечит электроснабжение ответственных потребителей. Эта проблема в англоязычной литературе получила название "Islanding", она достаточно активно изучается и имеет ряд составляющих, в частности: определение состава потребителей, подключаемых к малому генератору при выделении; разработка принципов и конкретных устройств соответствующей автоматики; учет конкретных условий работы распределенных генераторов и др.
• Следует отметить и такой негативный фактор ВЭУ, как генерирование инфразвука при вращении лопастей. Эта проблема во многом решается за счет специальной конструкции лопастей .
• Все перечисленные особенности распределенной генерации требуют тщательного изучения свойств и характеристик различных установок, разработки их математических моделей работы в различных режимах. Требуется разработка новых методов анализа режимов работы систем электроснабжения, включающих распределенную генерацию, их надежности, устойчивости и т.п. Необходима также разработка математических моделей и методов планирования развития систем электроснабжения и ЭЭС с учетом распределенной генерации .

Заключение

1. Тенденции развития электроэнергетики в мире связаны не только с ростом масштабов производства электроэнергии на традиционных крупных электростанциях, но и с увеличением доли распределенной генерации. Эти тенденции определяются необходимостью адаптации потребителей и развития ЭЭС к рыночной неопределенности, появлением новых высокоэффективных энергетических технологий, ростом доли высококачественных видов топлива, ужесточением экологических требований, стимулирующем использованием ВИЭ при протекционистской политике государств.

2. Мировые тенденции органичного сочетания централизованной и распределенной генерации характерны и для России. При этом, если экономические условия ля развития малых ГТУ-ТЭЦ достаточно приемлемы и в настоящее время, то для развития распределенной генерации на ВИЭ пока не созданы необходимые экономические, законодательные и организационные условия. Для России создание таких условий является одной из важнейших задач.

3. Рост доли распределенной генерации в ЭЭС не только имеет положительные стороны, но и создает определенные технические проблемы, которые связаны с изменением свойств систем, возможностей управления ими в нормальных и аварийных условиях. Эти проблемы решаемы, однако при этом усложняется диспетчерское и автоматическое управление ЭЭС, требуется разработка новых математических моделей по обоснованию развития ЭЭС и систем электроснабжения, анализу их режимов и управлению ими.

Литература

1. Комплексные проблемы развития энергетики СССР / Л.С.Беляев, Ю.Д.Кононов, А.А. Кошелев и др.; Отв. ред. А.А.Макаров и А.А.Папин. Новосибирск: Наука, 1988, 288 с.

2. Энергетика XXI века: Условия развития, технологии, прогнозы / Л.С.Беляев, А.В. Лагерев, В.В. Посекалин; Отв. ред. Н.И.Воропай. Новосибирск: Наука, 2004, 386 с.

3. Воропай Н.И. Малая энергетика в рыночной среде: анализ требований и условий развития// ТЭК, 2003, № 2, с. 97-98.

4. Усачев И.Н., Историк Б.Л., Школянский Ю.Б., Лунаци М.А. Малая и нетрадиционная энергетика России // Новости электротехники, 2003, № 3, с. 54-57; № 4, с. 77-79.

5. Фаворский О.Н., Леонтьев А.И., Федоров В.А., Мильман О.О. Эффективные технологии производства электрической и тепловой энергии с использованием органического топлива // Теплоэнергетика, 2003, № 9, с. 19-21.

6. Bayegan M.A. Vision of the Future Grid // IEEE Power Engineering Review, 2001, Vol.21, №12, p. 10-12.

7. Безруких П.П. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии // Энергетическая бе-зопасность и малая энергетика. XXI век. Сб. докл. Всерос. н.-т. конф. Санкт-Петербург, 3-5 декабря 2002 г., с. 30-45.

8. Ackermann Th., Andersson G., Soder L. Distributed Generation: A Definition // Electric Power System Rescarch, 2001, Vol.57, № 4, p. 135-204.

9. Dugan R.C., McDermont Th.E. Distributed Generation // IEEE Industry Application Magazine, 2002, Vol.33, № 2, p. 19-25.

10. Development of dispersed generation and consequences for power systems / CIGRE Working Group C6/01 // Electra, 2004, № 215, p. 39-49.

11. The European Cogeneration Study. EU-Project "Future COGEN", № 4. 10301/P/99- 169/Final Publishable Report, Brussels, 2001, 88 p.

12. Карасевич А.М., Сеннова Е.В., Федяев А.В., Федяева О.Н. Эффективность развития малых ТЭЦ на базе газотурбинных и дизельных энергоустановок при газификации регионов // Теплоэнергетика, 2000, № 12, с.35-39.

13. Беляев Л.С., Воропай Н.И., Кощеев Л.А. и др. Долгосрочные тенденции развития электроэнергетики мира и России //Изв. РАН. Энергетика, 2004, № 1, с. 3-13.

14. Fairley P. Steady as the Blows // IEEE Spectrum, 2003, № 8, p. 35-39.

15. Slootweg J.G., Kling W.L. Is the Answer Blowing in the Wind. // IEEE Power and Energy Magazine, 2003, Vol. 1, № 6, p. 26-33/

16. Энергетическая стратегия России на период до 2020 года / Приложение к общ.-дел. журналу "Энергетическая политика". М.:ГУ ИЭС, 2003, 136 с.

17. Клавдиенко В.П. Экономические стимулы использования возобновляемых источников энергии // Энергия: экономика, техника, экология, 2004, № 6, с. 14-19.

18. Запад финансирует российскую ветроэнергетику // Мировая энергетика, 2005, № 3, с.92.

19. Еремин Л.М. О роли локальных генерирующих источников небольшой мощности на рынке электроэнергии // Энергетик, 2003. № 3, с.22-25.

20. Chiradeja P., Ramakumar R. An Approach to Quantify the Technical Benefits of Distributed Generation // IEEE Trans. Energy Conversion, 2004, Vol. 19, № 4, p.764-773.

21. Donelly M.R., Dagle J.E., Trudnowski D.J., Riders G.J. Impact of the Distributed Utility on Transmission System Stability // IEEE Trans. Power Systems, 1996, Vol.11, № 2, p.741-746.

22. Jenkins N., Allan R., Grossley P., Kirschen D., Strbac G. Embedded Generation. London; IEE, 2000, 273 p.

23. Воропай Н.И., Ефимов Д.Н. Требования к противоаварийному управлению ЭЭС с учетом изменения условия их развития и функционирования // Надежность либерализованных систем энергетики. Новосибирск: Наука, 2004, с.74-84.

24. Batrinu F., Chicco G., Pomrub R., Postolache P., Toader C. Current Issues on Operation and Management of Distributed Resources // 5th Int. World Energy System Conf., Oradea, Pomania, May 17-19, 2004, p.31-36.

25. Дмитриева Г.А., Макаревский С.Н., Хвощинская З.Г. Результаты моделирования работы неуправляемой ветроэлектрической установки в энергосистеме большой мощности // Электричество, 1998, № 8 , с. 19-24.

26. Barker Ph. P., De Mello R.W. Determining the Impact of Distributed Generation on Power Systems: Part 1 - Radial Distribution Systems // 2000 IEEE PES Summer Meeting, Seattle, WA, USA, July 11-15, 2000, p.222-233.

27. Dany G. Impact of Inercasing Wind Generation on the Electricity Supply System // IAEW-FGE-Annual Report 2003, Aachen, Germany, 2003, p. 101-103.

28. Гуревич Ю.Е., Мамиконянц Л.Г., Шакарян Ю.Г. Проблемы обеспечения надежного электроснабжения потребителей от газотурбинных электростанций небольшой мощности // Электричество, 2002. № 2, с.2-9.

29. Papathanassiou S.A., Hatziargyriou N.D. Technical Requirements for the Connection of Dispersed Generation to the Grid // 2001 IEEE PES Summer Meeting, Vancouver, Canada, July 15-19, 2001, p.134-138.

30. Jimeno J., Laresgoiti I., Oyarzabal J., Stene B., Bacher R. Architectural Framework for the Integration of Distributed Resources // 2003 IEEE Bologna Power Tech Conference, Bologna, Italy, June 23-26, 2003, p.91-96.

31. Фишман В. П. Построение систем РЗиА при наличии собственных источников электроэнергии у потребителей // Новости электротехники, 2002, № 6(18), с.34-37.

32. Funabashi T. Study on Protection and Control of Dispersed Generation // 2001 IEEE PES Summer Meeting, Vancouver, Canada, July 15-19, 2001, p. 131-133.

33. Meliopoulos A.P.S. Distributed Energy Sources: Neesds for Analysis and Design Tools // 2001 IEEE PES Summer Meeting, Vancouver, Canada, July 15-19, 2001, p.143-147.

34. Hatziargyriou N.D., Donnelly M., Papathanassiou S.A., Pecas Lopes J.A. e.a. Modeling New Forms of Generation and Storage // Electra, 2001, № 195, p.55-63.

Распределённое производство энергии (англ. Distributed power generation) — концепция строительства источников энергии и распределительных сетей, которая подразумевает наличие множества потребителей, производящих тепловую и электрическую энергию для собственных нужд, а также направляющих излишки в общую сеть (электрическую или тепловую).

Взаимная выгода

И бизнес, и государство - бенефициары распределенной энергетики. Бизнес следит за повышением эффективности использования топливных ресурсов, он заинтересован не только в оптимизации затрат, но и в управлении этими затратами, в укреплении своей рыночной устойчивости. Для бизнеса особое внимание к снижению транспортной составляющей в стоимости электроэнергии наполнено вполне конкретным конкурентным смыслом.

Государство же заинтересовано в омоложении парка генерирующего и транспортирующего оборудования на национальной территории. Обновление этого парка сделает энергетические сети более доступными, будет способствовать развитию бизнеса и созданию новых рабочих мест. Кроме того, государство заинтересовано и в минимизации расходов бюджета на обеспечение ЖКХ разными видами энергии. Для этого оно стремится нормировать необходимые расходы и предпринимать меры для их снижения. А это означает и необходимость наращивать использование технологий когенерации.

Где расположиться?

Объекты распределенной энергетики могут быть расположены как в зонах централизованного энергоснабжения, так и на изолированных территориях, где нет электросетей. В первую очередь объекты будут находиться там, где предприятиям в силу своей производственной деятельности удобно использовать собственную генерацию. К примеру, на объектах добычи полезных ископаемых, мелких производствах, аварийно-спасательных службах и т.д.

Кроме того, объекты распределенной генерации возникают там, где бизнес объявляет государству о росте нагрузок при уже имеющемся энергодефиците, и там, где в коммунальном энергоснабжении востребовано внедрение когенерационных установок. (К слову, наибольшей эффективности при вводе в действие новой мощности можно добиться, если использовать тригенерацию: в таком случае, помимо электроэнергии, эксплуатирующая компания получает в распоряжение пар для отопления и холод взамен кондиционеров, используемых для охлаждения оборудования летом.)

Иногда крупный бизнес сам решает проблемы энергообеспечения. Можно вспомнить Ново-липецкий металлургический комбинат, Магнитогорский металлургический комбинат и другие. Чем меньше - тем лучше Можно остановиться на результатах исследования, которое выполнило Агентство по прогнозированию балансов в энергетике еще в 2011 г. Речь идет не только об анализе существующего состояния в обеспечении электроэнергией, но и о путях повышения надежности электроснабжения проблемных энергоузлов.

В работе рассматривались наиболее дефицитные по мощности энергорайоны. В этих районах выбирались энергоузлы с растущей нагрузкой или несоответствующие нормативным требованиям электроснабжения, в которых уже планируется строительство подстанциий и генерирующих мощностей. В итоге было отмечено, что основной фактор, определяющий возможность сокращения дефицитов мощности в энергорайонах - это развитие распределенных источников малой и средней генерации, приближенных к потребителю, а также всемерное развитие когенерации. Было предложено строительство восьми электростанций в диапазоне мощности от 20-24 МВт до 200–250 МВт, причем наибольшее количество станций должно было иметь малую мощность.

Эффективность новых электростанций напрямую зависела от установленной мощности. До 25 МВт станции были эффективны даже без отпуска тепла, очевидно, что с отпуском тепла и с продажами на розничном рынке они тем более они будут эффективны. Если станция выше 25 МВт, расчеты по сравнительной эффективности инвестиционных проектов (речь шла как о строительстве новых электростанций, так и о расширении существующих) показали, что сроки их окупаемости будут слишком велики.

Следует понимать, что строительство новых электростанций частными инвесторами существенно снижает объем необходимого электросетевого строительства, а значит и инвестиционную нагрузку на Федеральную сетевую компанию и Россети. Кроме того, оно укрепляет надежность электроснабжения проблемных энергоузлов, а также формирует социальные выгоды, такие как занятость и новые рабочие места.

Сравнить масштаб

Сегодня можно утверждать, что распределенная энергетика как явление в нашей стране состоялась. За первую половину 2013 г. Совет рынка выдал подтверждение на работу на розничном рынке 22 организациям распределенной генерации. По данным газеты «Коммерсантъ», к имеющимся на 2011 г. 1,5 ГВт установленной мощности, распределенная энергетика прирастет к 2014 г. еще 500 МВт.

Распределенная энергетика, несомненно, будет развиваться и дальше, поскольку на рынке существуют участники, заинтересованные в этом процессе. К примеру, ОАО «Россети» выступило с заявлением, что планирует активное участие в развитии платформы малой и распределенной генерации.

Довольно часто звучит вопрос: а надо ли опасаться развития распределенной энергетики?

Не надо. Даже если доля распределенной энергетики достигнет размеров, сопоставимых с мировыми, а это 12,5 % от общей выработки электроэнергии, это обстоятельство не может снизить экономическую эффективность работы Единой энергосистемы. Напротив, надежность электроснабжения будет укрепляться в связи с созданием новых объектов распределенной генерации, нагрузка сетевых компаний снизится и это скажется на тарифах.

Играть по правилам

Тем, кто планирует создание собственных объектов распределенной генерации, нужно обращать особое внимание на состав используемого оборудования. Если объекты распределенной генерации выйдут в сеть, а они обязательно будут к этому стремиться, то они должны соответствовать требованиям Системного оператора.

Сегодня же инвесторы часто покупают оборудование, не соответствующее требованиям, а потом разводят руками - мы уже купили, что делать? Приходится его дорабатывать. Чтобы избежать подобных трудностей, необходимо, чтобы требования Системного оператора были, во-первых, разумно-достаточными, а, во-вторых, понятными для всех участников рынка.

Энергомашиностроительной отрасли следует быть внимательной к развитию распределенной энергетики, продемонстрировать готовность предложить необходимое оборудование. Кроме того, нужно выработать типовые решения по составу оборудования, добиться его унификации для достижения легкости в эксплуатации, в том числе в удаленных и труднодоступных местах.

Также следует описать правила игры с субъектами распределенной энергетики на рынке и стремиться к упрощению, ускорению регламентов согласования введения новых объектов.

Николай Копылов, директор Уральского филиала ЗАО «Агентство по прогнозированию балансов в энергетике» (г. Екатеринбург)

• 1. Распределенная генерация
• 1.1 Предпосылки и тенденции
• 1.2 Технологии
• 1.3 Микротурбины
• 1.4 Топливные элементы
• 1.5 Возобновляемые источники
• Заключение

Введение

В настоящее время промышленно развитые страны производят основную часть электроэнергии централизованно, на больших электростанциях, таких как тепловые электростанции, атомные электростанции, гидроэлектростанции. Мощные электростанции благодаря "эффекту масштаба" имеют превосходные экономические показатели и обычно передают электроэнергию на большие расстояния. Место строительства большинства из них обусловлено множеством экономических, экологических, географических и геологических факторов, а также требованиями безопасности и охраны окружающей среды. Например, угольные станции строятся вдали от городов для предотвращения сильного загрязнения воздуха, влияющего на жителей. Некоторые из них строятся вблизи угольных месторождений для минимизации стоимости транспортировки угля. Гидроэлектростанции должны находиться в местах с достаточным энергосодержанием (значительный перепад уровней на расход воды).

Распределённое производство энергии подразумевает строительство дополнительных источников электроэнергии в непосредственной близости от потребителей. Мощность таких источников выбирается исходя из ожидаемой мощности потребителя с учетом имеющихся ограничений (технологических, правовых, экологических и т.д.) и может варьироваться в широких пределах (от двух-трех до сотен киловатт). При этом потребитель не отключается от общей сети электроснабжения.

В качестве дополнительных источников электроэнергии могут применяться как средства альтернативной энергетики (солнечные батареи, ветровые генераторы, топливные элементы), так и традиционные когенерационные установки (КГУ) малой и средней мощности. В последнем случае благодаря расположению когенерационных установок непосредственно у потребителей, становится возможным использование не только вырабатываемой электроэнергии, но и побочной тепловой энергии на нужды отопления, горячего водоснабжения или абсорбционного холодоснабжения самого владельца КГУ или сторонних потребителей, расположенных поблизости. Это позволяет добиться высокой эффективности использования топлива (до 90 % от потенциальной энергии).

1. Распределенная генерация

Распределённое производство энергии - концепция строительства источников энергии и распределительных сетей, которая подразумевает наличие множества потребителей, производящих тепловую и электрическую энергию для собственных нужд, а также направляющих излишки в общую сеть (электрическую или тепловую).

1.1 Предпосылки и тенденции

Электроэнергетика экономически развитых стран мира, в том числе, бывшего СССР, интенсивно развивалась в течение ХХ века главным образом путем повышения уровня централизации электроснабжения при создании все более мощных электроэнергетических объектов (электростанций, ЛЭП). Следствием этого явилось формирование территориально распределенных протяженных электроэнергетических систем (ЭЭС). Это позволило достичь существенного экономического эффекта, повысить надежность электроснабжения и качество электроэнергии.

С начала XX века технологии традиционных паротурбинных агрегатов тепловых и атомных электростанций развивались по пути использования все более высоких параметров пара, это требовало применения более совершенных материалов котлов и турбин, при этом имела место тенденция увеличения единичной мощности установок. Все отмеченное позволяло улучшать технико-экономические параметры установок - удельные капиталовложения и постоянные текущие издержки на единицу мощности и удельные расходы топлива на единицу вырабатываемой электроэнергии. Указанная тенденция укрупнения агрегатов наблюдалась и в гидроэнергетике, хотя и в меньшей мере.

В 1980-е годы эта тенденция принципиально изменилась вследствие появления высокоэффективных (до 55-60 % КПД) газотурбинных и парогазовых установок (ГТУ и ПГУ) широкого диапазона мощностей, в том числе малых - от единиц до одного-двух десятков МВт. Отличительной особенностью таких установок, особенно малых, является их высокая заводская готовность, что позволяет вводить их в эксплуатацию за период в пределах года. Одновременно появился большой ассортимент мини - и микро - ГТУ (от долей кВт до нескольких десятков кВт). На основе малых ГТУ начали сооружаться малые ГТУ-ТЭЦ для комбинированной выработки электроэнергии и тепла.

К малой энергетике относятся и многие типы энергетических установок на возобновляемых источниках энергии (ВИЭ), прежде всего ветроэнергетические установки (ВЭУ). Малые ГТУ, ПГУ и ВЭУ устанавливаются непосредственно у потребителей и подключаются к распределительной электрической сети на напряжениях 6-35 кВ. Эти установки получили название "распределенная генерация".

Главными факторами, стимулирующими развитие распределенной генерации, являются:

адаптация потребителей к рыночной неопределенности в развитии электроэнергетики и в ценах на электроэнергию; это способствует снижению рисков дефицита мощности и повышению энергетической безопасности;

повышение адаптационных возможностей самих ЭЭС к неопределенности рыночных условий развития экономики и снижение тем самым инвестиционных рисков;

появление новых высокоэффективных энергетических технологий (ГТУ и ПГУ);

рост доли газа в топливоснабжении электростанций;

ужесточение экологических требований, стимулирующее использование ВИЭ (гидроэнергии, ветра, биомассы и др.) при протекционистской политике государств.

Требования к энергоснабжению формулируются просто - надёжность, постоянство. И для многих становится ясно, что на сегодня единственный путь иметь продукт высшего качества - произвести его самому. Военные во всём мире знают это давно, промышленники уже пришли к таким решениям, а семьи и предприятия малого бизнеса начали осознавать преимущества владения электрогенераторами и тепловыми котлами только сейчас. Кризис сложившейся монополизированной энергетической инфраструктуры и начавшаяся либерализация энергетических рынков одновременно и увеличивают степень неопределённости будущего, и привлекают открывающимися возможностями для бизнеса. И тот и другой фактор увеличивают спрос потребителей энергии на собственные генерирующие мощности.

Разбросанное по подвалам и задним дворам энергетическое оборудование, установленное владельцами на случай аварий в централизованных сетях, или в условиях отсутствия этих сетей, начинает восприниматься в мире как формирующаяся целостность - основа для возникновения новой отрасли, получившей название распределённой генерации (РГ). К процессам в этой отрасли привлечено внимание владельцев оборудования, существующих "старых" энергокомпаний, новых игроков, производителей оборудования, не говоря уже о государственных органах.

1.2 Технологии

Распространённые на сегодня технологии распределённой генерации при сравнении с централизованной генерацией во многих случаях дают для распределённой генерации более высокие капитальные затраты (долларов / кВт) и текущие затраты (долларов / кВт. ч). Однако дополнительные преимущества, такие как когенерация тепла, повышение надёжности, отсутствие сетевых издержек, уже сейчас делают распределённую генерацию выгодной во многих применениях, некоторые из которых описаны ниже. Справедливая рыночная оценка всех преимуществ является ключевым фактором для определения перспективности таких проектов. Развитие технологий выводит на уровень экономической оправданности всё больше вариантов использования РГ.

Пока что основными интересами потребителей остаются возможности резервирования, экономия за счёт снижения расходов, повышенный КПД одновременной генерации тепла и электроэнергии. Энергокомпании уже начинают рассчитывать на существенную поддержку от распределённых генераторов при пиковых нагрузках, на использование этих мощностей для снижения потерь и улучшения параметров работы сети.

Для распределённой генерации используются и ставшие традиционными установки, и продукты новейших технологий. К традиционным относятся все типы установок внутреннего сгорания, среди которых лидируют дизели и двигатели, работающие как на дизельном топливе, так и на газе. Несмотря на непрерывное усовершенствование, они остаются экологически грязными по сравнению с использованием более новых технологий.

1.3 Микротурбины

Микротурбины были разработаны ещё в 60-х для электроснабжения на борту авиалайнеров. КПД таких устройств находится в районе 25-30%. При утилизации тепла КПД достигает 60--70%. Микротурбины могут работать на широком спектре топлива - природный газ, метан, бензин, керосин. Содержание сажи в выхлопе современных моделей в 100 раз меньше чем у дизельного двигателя, и укладывается даже в строгие калифорнийские стандарты охраны окружающей среды.

Микротурбинные установки вырабатывают электроэнергию на месте потребления, или в непосредственной близости от точки, где необходимо электричество. Микротурбинные установки производят электроэнергию, высокого и стабильного качества из различных видов топлива.

Принцип действия

Воздух из атмосферы через воздухозаборник поступает в компрессор, где происходит его сжатие и нагрев, после чего он поступает в рекуператор, где происходит его дальнейший нагрев посредством отходящих выхлопных газов турбины. Такая агрегатная компоновка внутри установки повышает электрический КПД установки до 30%. При такой агрегатной компоновке соотношение получаемой на установке тепловой энергии к электрической равно 1,6 - 2/1. В отдельных случаях, когда заказчику необходимо большее количество именно тепловой энергии, а получаемая электрическая энергия второстепенна, возможна комплектация установки иная, без рекуператора. В этом случае электрической энергии вырабатывается порядка 14-20%. Из рекуператора нагретый и сжатый в компрессоре воздух смешиваясь с газом поступает в камеру сгорания. Предварительное смешение нагретого воздуха с газом очень сильно снижает уровень выбросов, доводя его до минимальных значений (около 15 ppm), особенно при неполной загрузке установки. Образующиеся в процессе сгорания выхлопные газы поступают на колесо турбины, где расширяясь, совершают работу, приводя тем самым в движение расположенные на одном валу с турбиной, компрессор и генератор. Из турбины выхлопные газы поступают в рекуператор, где нагревают выходящий из компрессора воздух, после чего направляются в котел-утилизатор, где нагревают сетевую воду до требуемых значений.

Стандартно установка комплектуется: микротурбиной с обвязкой внутри блок бокса, генератором, компрессором, рекуператором, котел утилизатор, системой автоматического управления с пультом, аккумуляторами, системой воздушного охлаждения и другим дополнительным оборудованием по заказу.

В процессе работы микротурбинной установки система управления и контроля осуществляет постоянный мониторинг всех основных рабочих узлов и параметров установки:

· работа газовой турбины

· работа системы утилизации тепла

· работа силовой электрической части

· работа аккумуляторного блока

· узла контроля загазованности,

при выходе за пределы заданных значений срабатывают автоматические блокировки, и происходит отключение.

Для эксплуатации установки не требуется оператор, контролировать ее работу и осуществлять связь с установкой можно через интернет, электронную или спутниковую связь из центральной операторной завода.

Отличительные особенности установок:

· Возможность применения установки, как в режиме автономной работы, так и в режиме параллельной работы с существующей электросетью.

· Возможности установки выдерживать очень высокие набросы и сбросы нагрузки (до 100%).

· Возможность работы на холостом ходу продолжительное время.

· Отсутствие скачков частоты получаемой электроэнергии.

· Возможность перенастройки комплектации установки для увеличения выхода тепловой энергии.

· Модульная конструкция предусматривает возможность сборки нескольких модулей в единый блок, позволяя получить необходимую мощность от 150 кВт до 10 МВт

· Низкий объем технического обслуживания и большой интервал меж сервисного обслуживания (замена масла не чаще 1-го раза в год при 100% -й круглогодичной работе).

· Малое количество и низкая стоимость расходных запасных частей.

· Очень малое время штатного технического обслуживания.

· Возможность работы на низкокалорийных газах.

· Долгий срок службы до капитального ремонта.

· Низкий уровень выбросов.

· Бесшумная и вибрационная работа

· Получаемая электроэнергия дешевле энергии получаемой из электросетей.

1.4 Топливные элементы

Рисунок 1. Топливный элемент

В основе топливных элементов лежит целое семейство технологий, основанных на катализаторном окислении водорода. Генерация электроэнергии осуществляется подобно генерации в обычной батарейке, без преобразования химической энергии в электричество через механическое движение. Все технологии работают практически без загрязнения окружающей среды, отходом является обычная вода. Кроме работы на чистом водороде, изготовление которого весьма дорого, топливные элементы могут использовать и другие виды топлива с высоким содержанием водорода.

Всего сейчас разрабатывается не менее дюжины различных типов элементов с КПД от 40% до 60%. Одни из самых перспективных - технологии с протонообменной мембраной, углеродные и на твёрдых оксидах. При утилизации тепла или при использовании газовой турбины в сочетании с топливным элементом в комбинированном цикле возможно и достижение сверхвысокого КПД в 80%.

Принцип действия

Обычно в низкотемпературных топливных элементах используются: водород со стороны анода и кислород на стороне катода (водородный элемент) или метанол и кислород воздуха. В отличие от топливных элементов, одноразовые гальванические элементы содержат твердые реагенты, и когда электрохимическая реакция прекращается, должны быть заменены, электрически перезаряжены, чтобы запустить обратную химическую реакцию, или, теоретически, в них можно заменить электроды. В топливном элементе реагенты втекают, продукты реакции вытекают, и реакция может протекать так долго, как поступают в неё реагенты и сохраняется работоспособность самого элемента.

Преимущества

Топливные элементы обладают рядом ценных качеств, среди которых:

1. Высокий КПД

§ У топливных элементов нет жёсткого ограничения на КПД, как у тепловых машин (КПД цикла Карно является максимально возможным КПД среди всех тепловых машин с такими же минимальной и максимальной температурами).

§ Высокий КПД достигается благодаря прямому превращению энергии топлива в электроэнергию. Если в дизель-генераторных установках топливо сначала сжигается, полученный пар или газ вращает турбину или вал двигателя внутреннего сгорания, которые в свою очередь вращают электрический генератор. Результатом становится КПД максимум в 53 %, чаще же составляет порядка 35-38 %. Более того, из-за множества звеньев, а также из-за термодинамических ограничений по максимальному КПД тепловых машин, существующий КПД вряд ли удастся поднять выше. У существующих топливных элементов КПД составляет 60-80 %

§ КПД почти не зависит от коэффициента загрузки,

2. Экологичность

В воздух выделяется лишь водяной пар, что является безвредным для окружающей среды. Но это лишь в локальном масштабе. Нужно учитывать экологичность в тех местах, где производятся данные топливные ячейки, так как производство их само по себе уже составляет некую угрозу (ведь производство не может быть безвредным).

3. Компактные размеры

Топливные элементы легче и занимают меньший размер, чем традиционные источники питания. Топливные элементы производят меньше шума, меньше нагреваются, более эффективны с точки зрения потребления топлива. Применение топливных элементов позволит сократить затраты на логистику, снизить вес, продлить время действия приборов и оборудования.

1.5 Возобновляемые источники

Весь спектр установок, извлекающих электричество из возобновляемых источников, рассматривается как потенциальный вклад в инфраструктуру распределённой генерации. Ветер, солнце, приливы, геотермальные установки, микро-гидротурбины - любая технология, способная хотя бы частично обеспечить потребности здания или квартиры, может быть использована и в широкомасштабных проектах.

Преимущества возобновляемых источников энергии

· Возобновляемая энергетика базируется на самых разных природных ресурсах, что позволяет беречь невозобновляемые источники и использовать их в других отраслях экономики, а также сохранить для будущих поколений экологически чистую энергию.

· Независимость ВИЭ от топлива обеспечивает энергетическую безопасность страны и стабильность цен на электроэнергию.

· ВИЭ экологично чисты: при их работе практически нет отходов, выброса загрязняющих веществ в атмосферу или водоемы. Отсутствуют экологические издержки, связанные с добычей, переработкой и транспортировкой ископаемого топлива.

· В большинстве случаев ВИЭ-электростанции легко автоматизируются и могут работать без прямого участия человека.

· В технологиях возобновляемой энергетики реализуются новейшие достижения многих научных направлений и отраслей: метеорологии, аэродинамики, электроэнергетики, теплоэнергетики, генераторо - и турбостроения, микроэлектроники, силовой электроники, нанотехнологий, материаловедения и т.д. Развитие наукоемких технологий позволяет создавать дополнительные рабочие места за счет сохранения и расширения научной, производственной и эксплуатационной инфраструктуры энергетики, а также экспорта наукоемкого оборудования.

1. Применения

Распределённая генерация оказывается исключительно удобной во множестве случаев. При разработке нефтяных месторождений приходится сжигать огромное количество попутного газа - в регионах добычи нет возможностей ни для транспортировки, ни для переработки. При разработке полезных ископаемых приходится решать проблему шахтных газов. Использование микротурбин позволит и извлечь экономическую выгоду, и сберечь окружающую среду. Там, где нет централизованных сетей, электроэнергия и тепло могут быть использованы на самих месторождениях. А если нефть добывается по соседству с экономически развитым регионом, или есть сети, соединяющие район месторождений с населёнными районами - нефтяные скважины могут в совокупности стать огромной электростанцией. Попутный газ может превратить нефтяные поля Техаса в 400 МВт электростанцию.

Другая область применения - малонаселённые районы севера Европы или Америки, равно как и густонаселённые беднейшие районы Африки и Азии, где нет сетей. По оценкам Всемирного экономического совета, дотянуть линии электропередач хотя бы до одной трети из живущих без электричества людей будет стоить 10 000 долларов за километр. Стоит сравнить эту цифру с приведённой выше стоимостью генератора, способного снабдить током небольшую деревню.

В менее экзотических условиях для страны с развитой инфраструктурой энергоснабжения различные технологии распределённой генерации могут использоваться для решения самых разных задач.

Упоминавшаяся выше когенерация тепла и электричества, повышающая КПД любой энергетической установки, гораздо эффективнее в условиях распределённой генерации, так как тепло на большие расстояния не транспортируется.

Свалки больших городов и очистные сооружения городской канализации при утилизации метана в микротурбинах дадут не только дополнительную электроэнергию городу, но и примерно в 20 раз уменьшат загрязнение атмосферы по сравнению с его сжиганием.

Микрогенераторы обеспечивают наличие резервных мощностей для жизненно важных применений (госпитали, лифты, водопровод и канализация) или для тех отраслей, где цена сбоя слишком высока (телекоммуникации, финансы, непрерывное производство).

Привлекательной для потребителя оказывается и возможность экономии в периоды пиковых нагрузок и растущих цен. Развитие конкурентного рынка доведёт рано или поздно дифференциацию цен до уровня розничного потребителя, и близки уже те времена, когда цена кВт. ч будет меняться в реальном времени. Чем более адекватными будут ценовые сигналы, получаемые потребителем, тем выгоднее будет включать собственный генератор для арбитража между ценами топлива и электричества. С распространением топливных элементов даже электромобиль в гараже может стать выгодно подключать по вечерам к управляемой компьютером домашней электросети и использовать как дополнительный генератор.

распределенная генерация энергия электроснабжение

Использование микрогенераторов может способствовать поддержанию высокого качества энергии в централизованной сети и снижать потребность в затратах на реконструкцию и обновление сетей и подстанций. Распределённые генераторы позволяют осуществлять поддержку напряжения и частоты, уменьшать потери в сетях и затраты на поддержание центральных резервов. Подробнее услуги, которые владельцы распределённых генераторов могут оказывать сетевой или генерирующей компании, рассмотрены ниже.

2. Новые возможности распределенной генерации

Дерегулирование энергетических компаний и либерализация рынков, как и любые реформы, вызывают озабоченность и ожидания снижения надёжности энергоснабжения. Такие ожидания могут объясняться обычными паникёрскими настроениями, но ошибки государственных регуляторов и самих дерегулируемых в процессе реформ (а иногда и до их начала) слишком часто превращают опасения в реальность. Поэтому спрос на резервные мощности на заднем дворе или в подвале будет в ближайшее время только расти.

Но, обезопасив себя от возможных сбоев, потребители начинают искать возможности сэкономить или даже заработать. Опыт показывает, что после дерегулирования рынка первые возможности для экономии появляются сразу.

Например, компания Tampa Electric ввела специальную программу для тех владельцев резервных генераторов, которые могут снизить потребление в период пиковых нагрузок более чем на 25 кВт. Радиосигнал, принимаемый специальным прибором, указывает владельцу на потребность энергокомпании в снижении нагрузки. Компания платит потребителю в месяц 3 доллара за каждый кВт средней нагрузки, перенесённой на резервный генератор. Если после получения сигнала оператор запустит свои мощности в течение 30 минут, экономия будет ещё больше. Потребитель получает деньги, даже если в течение месяца компания ни разу не просила его о переключении.

С развитием реформ возникает и самое привлекательное использование распределённых генераторов - превратить миллионы частных домов, офисных зданий и предприятий в производителей и продавцов электроэнергии.

Реализация этой "программы-максимум" позволяет не только рассчитывать на включение собственного генератора в случае аварии или перегрузки местной электрической сети, но и следить за разницей цен на газ и электричество и играть на этой разнице, получившей название "искровой маржи", или просто продавать энергию в периоды пиковых нагрузок и высоких цен. Чем ближе создание рынка электроэнергии с изменяющимися в реальном времени ценами, тем привлекательнее становится такой "дополнительный" бизнес, могущий при некоторых условиях стать даже прибыльнее основного.

Не исключено, что интересы энергокомпаний и их лоббистский потенциал в государственных органах приведут к ограничению права продавать энергию через общую сеть для индивидуальных владельцев микрогенераторов. Однако, ограничивая это право, те же энергокомпании не прочь сами воспользоваться преимуществами новых технологий.

Природоохранные ограничения, стоимость земли и воды, государственное регулирование - есть тысячи препятствий для энергокомпании, решившей построить новую мощную электростанцию. Гораздо привлекательнее объединить под единым управлением сотни, а то и тысячи микрогенераторов, расположенных в жилом секторе, в больницах, в маленьких мастерских или в небольших офисах.

3. Подключение и тарификация

Наличие подключения к сети даёт возможность владельцу микрогенератора в случае выгодного для него стечения обстоятельств использовать варианты действий, недоступные в случае отсутствия такого подключения. Поэтому владелец готов будет заплатить сетевой и генерирующей компаниям определённую цену за сохранение такого подключения. Открывающиеся для подключённого к сети владельца возможности включают:

· Возможность продавать излишки энергии сбытовику, сети, или напрямую другим потребителям (если это позволено регулированием).

· Возможность покупать дополнительную энергию.

· Возможность покупать резервную энергию по долгосрочным контрактам.

· Возможность отказаться от собственной генерации и вновь стать покупателем энергии у сбытов или генераторов.

· Возможность арбитража между ценами на топливо (в основном газ) и электричество.

· Возможность продавать сетевой компании услуги по поддержке сети.

4. Проблемы подключения

На пути создания виртуальных электростанций надо решить ещё множество задач. Начнём с технологических.

Как говорилось выше, основные споры сегодня разворачиваются вокруг подключения распределённых генераторов к единой сети. Владельцы микрогенераторов хотят иметь подключение и для покупок резервной энергии, и для возможности осуществлять продажу своего избытка. Различия в типах используемых генераторов, технологиях, режимах нагрузки на объекте владельца микрогенератора (в доме, офисе, на предприятии)" все эти факторы усложняют внедрение единых стандартов. Условия подключения к единой сети многих генераторов зависят от состояния сегментов сети, общей мощности нагрузки, отношения мощности нагрузки к мощности подключаемых генераторов. При высокой суммарной мощности синхронизация множества распределённых генераторов создаёт сложную задачу расчёта и диспетчеризации.

Важной проблемой становится, например, отключения участка сети при авариях, так как наличие работающего у потребителя генератора может представлять угрозу для тех, кто работает на линии, полагая её отключённой.

Управление распределёнными генераторами требует создания телекоммуникационной сети и центра диспетчеризации. В центре (а может быть, и в самих местах генерации) должны осуществляться мониторинг рыночных цен, состояния сети и нагрузки, обработка информации соседних производителей и сбытовиков, и на основании этих данных приниматься решения об использовании мощностей. В местах размещения генераторов должно стоять специальное "умное" оборудование, способное по сигналам от удалённого диспетчерского центра управлять режимами работы генератора и энергопотреблением помещения, в котором он установлен. Возможные варианты телекоммуникационной сети, связывающей центр и генерацию, включают как использование телефонных каналов, входящих в дома, так и передачу данных по тем же самым электрическим проводам.

Для подключения генерирующего оборудования к сети потенциальному поставщику электричества требуется специальное оборудование, отвечающее требованиям по возможности дистанционного управления. Специальные счётчики, передающие результаты измерений в режиме реального времени, также должны стать стандартным элементом архитектуры распределённой генерации.

Предвидя нарастающие сложности, сетевые компании зачастую предлагают весьма сложную и дорогостоящую процедуру сертификации каждого конкретного подключения, реально тормозящую развитие рынка.

Тарификация энергии для потребителей с установленными генераторами становится непростой задачей. Обычная практика на сегодня состоит в установлении единого тарифа за кВт. ч, включающего плату как за текущее потребление, так и за подключение, поддержку сети, возможность использовать резервы (надёжность), и иные "фиксированные" услуги. Тем самым снижение текущего потребления у владельца микротурбины или топливного элемента перекладывает оплату фиксированных издержек генерирующих и сетевых компаний на других потребителей, не владеющих своими генераторами, или на акционеров энергокомпаний. Возможность выбора поставщиков и установление рыночных цен на отдельные услуги из пакета, покупаемого потребителем, будет способствовать решению этой проблемы.

Сама процедура измерения потреблённой и произведённой энергии для владельца генерирующих мощностей представляет проблему. Если генератор потребителя работает, его счётчик будет вращаться медленнее. Если генератор производит больше энергии, чем потребляется из сети, счётчик просто закрутится в обратную сторону. Если использовать такой нетто-результат для определения оплаты по стандартному розничному тарифу, то получится весьма выгодный бизнес " владелец генератора продаёт свою энергию обратно сбытовой компании по розничным ценам. Сегодня в условиях единого тарифа оптовая цена включает плату за резервирование мощностей, а розничная цена включает ещё и плату за передачу и распределение, за надёжность и обслуживание. Тем самым потребитель-владелец генератора получает оплату за услуги, которых в реальности не оказывает. Разделение услуг и тарифов поможет решить и эту проблему. Альтернативным решением является установка более дорогого измерительного оборудования, позволяющего учитывать потребление и производство отдельно. Выход всё более широких слоёв производителей электроэнергии на дерегулированный рынок, на котором цены меняются ежечасно, потребует для организации продаж энергии от распределённых генераторов более совершенных счётчиков, способных учитывать распределение потреблённой и произведённой энергии по времени суток.

2. Режимы работы автономных систем электроснабжения

Как правило, выпускаемое ведущими производителями генерирующее оборудование, предназначенное для распределенной генерации электроэнергии (дизель-генераторы, микротурбинные или газопоршневые установки) имеет возможность работы в двух различных режимах:

· в "островном" (автономном) режиме - без присоединения к сетям

· параллельно с сетями

Отличие состоит в способе управления генерацией электрической энергии для каждой единицы оборудования.

1. Автономный (островной) режим

К выходным клеммам оборудования подключена только электрическая нагрузка объекта.

Нагрузка может изменяться от 0 до 100%, при этом оборудование генерирует электрическую энергию, обеспечивая постоянный уровень напряжения независимо от нагрузки (0,4; 6,3; 10,5 кВ). В этом режиме выходное напряжение - главный параметр, который поддерживается автоматикой генерирующего оборудования.

Если энергокомплекс состоит из параллельно включенных единиц оборудования, уровни напряжения и фазы между ними должны быть строго синхронизированы и автоматически регулироваться для обеспечения равномерной загрузки генерирующего оборудования. Для этого, как правило, используется специальная система управления, выполненная в виде отдельного модуля или поставляемая в составе каждой единицы оборудования.

Рисунок 2. Пример включения в автономном режиме

2. Режим параллельно с сетью

Генерирующее оборудование подключается параллельно к сетям и к локальной электрической нагрузке. Для генерирующего оборудования сеть представляет собой источник напряжения 400 В неограниченной мощности с внутренним сопротивлением, близким к 0. Потребляемая мощность локальной нагрузки пренебрежимо мала по сравнению с мощностью сети и в этих условиях нагрузка никак не влияет на параметры сети (напряжение, фаза, частота).

Генерирующее оборудование при таком соединении оказывается подключенным параллельно к источнику напряжения и может генерировать электрический ток (передавать электрическую мощность) в направлении локальной нагрузки и сети в любом количестве (в силу низкого внутреннего сопротивления сети), в пределах собственной выходной мощности.

Рисунок 3. Пример подключения параллельно с сетью

Таким образом, в отличие от "островного" режима, где происходит генерация напряжения, в данном случае генерируется ток (Current Mode). Количество электрической энергии (мощности), передаваемой в сеть и в локальную нагрузку, может регулироваться. Данная возможность позволяет при необходимости автоматически регулировать суммарную мощность генерации энергокомплекса.

Каждая единица оборудования самостоятельно синхронизируется с сетевым напряжением и контролирует его параметры. Специальные меры по синхронизации работы между единицами генерирующего оборудования в данном режиме не требуются, следовательно, теоретически параллельно с сетями может быть включено любое количество единиц оборудования.

Работа параллельно с сетями широко распространена в западных странах благодаря наличию законодательного разрешения и существующим тарифам передачи энергии от распределенных источников в сеть, благодаря чему использование этого режима экономически выгодно.

В РФ работа генерирующего оборудования параллельно с сетями в настоящее время встречается редко из-за отсутствия разрешений сетевых компаний на передачу энергии в сеть и отсутствия соответствующих тарифов.

3. Режим "следования за нагрузкой"

Рисунок 4. Пример включения в режиме "следования за нагрузкой"

Имеется возможность организации работы энергокомплекса параллельно с сетями, но без передачи электрической энергии в сеть. Этот режим работы имеет наименование "следование за нагрузкой".

На основании показаний измерительного контроллера система определяет значение мощности, потребляемой от сети на вводе. При изменении локальной нагрузки это значение меняется: при росте локальной нагрузки - увеличивается, при её уменьшении - падает, при дальнейшем уменьшении нагрузки начинается передача мощности в сеть. Программно-аппаратный комплекс при любом уровне локальной нагрузки предотвращает такую передачу:

При настройке системы программно задается минимальное значение мощности, потребляемой от сети.

По достижении заданного минимального значения контроллер в соответствии с алгоритмом изменяет мощность генерации всех генерирующих установок таким образом, чтобы предотвратить передачу электрической энергии от генерирующих установок в сеть и поддерживать заданное минимальное значение мощности, то есть поддерживает соотношение Pлн>Pген (см. рис.5, а)

Вследствие функционирования такого алгоритма энергоблок при любых значениях локальной нагрузки работает с некоторым потреблением энергии от сети.

Уровень минимальной потребляемой мощности от сети - настраиваемая величина, зависит от графиков изменения локальной нагрузки.

Рисунок 5. Распределение мощности генерирующих установок при различных соотношениях мощности нагрузки и генерации

Таким образом, реализация режима "следования за нагрузкой" для работы энергоблока позволяет выполнить одно из основных технических требований энергоснабжающих организаций - исключить передачу электрической мощности в сети и одновременно использовать преимущества работы оборудования параллельно с существующими сетями электроснабжения. При использовании такого режима потребление электроэнергии из сетей резко сокращается (при стабильной нагрузке - практически до 0), что при высоких тарифах дает существенную экономию средств.

Заключение

Тенденции развития электроэнергетики в мире связаны не только с ростом масштабов производства электроэнергии на традиционных крупных электростанциях, но и с увеличением доли распределенной генерации. Эти тенденции определяются появлением новых высокоэффективных энергетических технологий, ростом доли высококачественных видов топлива, ужесточением экологических требований, стимулирующем использованием ВИЭ при протекционистской политике государств.

Мировые тенденции органичного сочетания централизованной и распределенной генерации характерны и для России. Более половины территории России не электрифицировано вообще, и здесь распределенная генерация как нельзя кстати. Климатические и географические особенности порождают более высокую, чем в других странах, потребность в электроэнергии и тепле. Огромные расстояния в совокупности низкой плотностью населения делают централизованное энерго - и теплоснабжение очень дорогим. А доступность энергоресурсов, дополненная прочими достоинствами распределенной генерации, делают ее весьма привлекательной.

Рост доли распределенной генерации в ЭЭС не только имеет положительные стороны, но и создает определенные технические проблемы, которые связаны с изменением свойств систем, возможностей управления ими в нормальных и аварийных условиях. Эти проблемы решаемы, однако при этом усложняется диспетчерское и автоматическое управление ЭЭС, требуется разработка новых математических моделей по обоснованию развития ЭЭС и систем электроснабжения, анализу их режимов и управлению ими. В данной работе были рассмотрены три режима подключения отдельных генерирующих блоков к системе и представлен пример решения проблемы с передачей энергии в сеть.

Список использованной литературы

1. Энергетика XXI века: Условия развития, технологии, прогнозы / Л.С. Беляев, А.В. Лагерев, В.В. Посекалин; Отв. ред.Н.И. Воропай. Новосибирск: Наука, 2004, 386 с.

2. Безруких П.П. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии // Энергетическая бе-зопасность и малая энергетика. XXI век. Сб. докл. Всерос. н. - т. конф. Санкт-Петербург, 3-5 декабря 2002 г., с.30-45.

3. Воропай Н.И., Ефимов Д.Н. Требования к противоаварийному управлению ЭЭС с учетом изменения условия их развития и функционирования // Надежность либерализованных систем энергетики. Новосибирск: Наука, 2004, с.74-84.

4. http://raoreform. elektra.ru

5. http://www.electrosystems.ru/

6. http://www.rushydro.ru/industry/biblioteka/14289.html

7. http://zodiak-energo.ru/articles/article/109/

8. http://ru. wikipedia.org

Подобные документы

Современные методы генерации и использование электричества из энергии ветра. Экономические и экологические аспекты ветроэнергетики, перспективы развития в РФ. Моделирование систем электроснабжения на базе дизель-генератора и ветроэлектрической установки.

дипломная работа , добавлен 29.07.2012


Виды нетрадиционных возобновляемых источников энергии, технологии их освоения. Возобновляемые источники энергии в России до 2010 г. Роль нетрадиционных и возобновляемых источников энергии в реформировании электроэнергетического комплекса Свердловской обл.

реферат , добавлен 27.02.2010


Проблемы развития и существования энергетики. Типы альтернативных источников энергии и их развитие. Источники и способы использования геотермальной энергии. Принцип работы геотермальной электростанции. Общая принципиальная схема ГеоЭС и ее компоненты.

курсовая работа , добавлен 06.05.2016


История использования энергии ветра. Современные методы генерации электроэнергии, конструкция ветрогенератора с тремя лопастями и горизонтальной осью вращения. Мировые мощности ветряной энергетики, проблемы, экологические аспекты и перспективы развития.

реферат , добавлен 21.11.2010


Распространение солнечной энергии на Земле. Способы получения электричества из солнечного излучения. Освещение зданий с помощью световых колодцев. Получение энергии с помощью ветрогенераторов. Виды геотермальных источников энергии и способы ее получения.

презентация , добавлен 18.12.2013


Классификация возобновляемых источников энергии. Современное состояние и перспективы дальнейшего развития гидро-, гелео- и ветроэнергетики, использование энергии биомассы. Солнечная энергетика в мире и в России. Развитие биоэнергетики в мире и в РФ.

курсовая работа , добавлен 19.03.2013


Характеристика возобновляемых источников энергии: основные аспекты использования; преимущества и недостатки в сравнении с традиционными; перспективы использования в России. Способы получения электричества и тепла из энергии солнца, ветра, земли, биомассы.

курсовая работа , добавлен 30.07.2012


Использование возобновляемых источников энергии, их потенциал, виды. Применение геотермальных ресурсов; создание солнечных батарей; биотопливо. Энергия Мирового океана: волны, приливы и отливы. Экономическая эффективность использования энергии ветра.

реферат , добавлен 18.10.2013


Описания ветроэнергетики, специализирующейся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в любую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве. Изучение современных методов генерации электроэнергии из энергии ветра.

презентация , добавлен 18.12.2011


Возрастание интереса к проблеме использования солнечной энергии. Разные факторы, ограничивающие мощность солнечной энергетики. Современная концепция использования солнечной энергии. Использование океанской энергии. Принцип действия всех ветродвигателей.

Я.М. Щелоков, доцент, кафедра «Энергосбережение» УГТУ-УПИ

В настоящее время регулярно обсуждается тема, чаще всего, под названием «Будущее ТЭЦ в России». Обычно рубрика этой темы - экономика и управление. Предлагаю максимально расширить рубрики для этой, безусловно, исключительно важной темы. В качестве одной из альтернатив следует чаще обращаться к ней в рамках темы, которую следует определить как «Энергетика чрезвычайных ситуаций». В сложившихся экономических и политических условиях эта тематика расширяет круг вопросов, которые возникают при рассмотрении экономических и технических особенностей развития комбинированных энергоисточников в существующих условиях.

Эту проблему можно разделить на две: производственную и жилищно-коммунальную.

Производственные чрезвычайные ситуации можно условно отнести к локальным. Но все это относительно. Например, чрезвычайная ситуация в 2003 г. на ТЭЦ Нижнетагильского металлургического комбината (НТМК) в Свердловской области, вызванная нарушениями в системе технического водоснабжения комбината, привела к остановке не только производства, но и к ограничениям по коммунальному теплоснабжению. Исключению крайних последствий содействовали стечение обстоятельств и/или возможные итоги глобальных потеплений.

В коммунальной части этой проблемы под названием «чрезвычайная ситуация» в настоящих условиях можно прогнозировать развитие событий как стремящихся к бесконечности, несмотря на все больший интерес к этой проблеме со стороны уважаемых силовых структур. Эта тема все меньше остается технической, а обстоятельно осваивается в организационно-правовом поле и с учетом времени года, уровня заинтересованности в электорате, меняет амплитуду политических интересов соответствующих сторон. Рецептов решения этой проблемы много. Всяких. Один поступил недавно от верхнего уровня управления РАО «ЕЭС России» - переход к свободному рынку энергии, при сохранении централизованного диспетчерского управления ее распределением. Проще говоря - рынок энергии свободный, а схема обеспечения конкретным ресурсом может быть и дискретная, при наличии хотя бы одного запорно-регулирующего органа между поставщиком и потребителем. Наверно, такое возможно. Но реальной обратной связью здесь может быть - наличие у потребителя (группы потребителей) собственных генерирующих мощностей, хотя бы в минимально возможном объеме. Указанный минимальный объем следует определить следующим образом - мощность собственных нужд (резервное водоснабжение, освещение и т.п.) плюс мощность потребителей 1 категории на предприятиях с непрерывным циклом производства.

Но если судить по материалам публикаций на эту тему, надеяться потребителям на быстрое взаимопонимание со стороны сетевиков и владельцев генерирующих мощностей здесь не приходится. Более того, согласно статьи 26 Федерального Закона от 26.03.03 № 35-ФЗ «Об электроэнергетике» технологическое присоединение энергоустановок к электрическим сетям осуществляется на основе договора и на платной основе. При этом должны быть компенсированы различные затраты: на проведение мероприятий по технологическому присоединению нового объекта к электрическим сетям, на содержание резервных генерирующих и передающих мощностей и т.д. Новейшим федеральным законодательством потребителю предложена дискретная система: за все плати или создавай свою собственную «монополию» электроснабжения.

Поэтому следует прогнозировать, что одной из основных тем для руководителей всех предприятий с энергоемким производством в ближайшем будущем будет проблема энерго-, а точнее электрообеспечения.

Особенность ситуации в том, что именно в 2003 г. начал работу (пока для избранных) свободный рынок электроэнергии с администратором торговой сети.

Учитывая скромный опыт нового субъекта в нашей рыночной среде, обратимся к итогам работы аналогичных структур в мировой практике, где эти процессы развиваются уже четверть века. Данные итоги подробно обсуждались на рубеже смены веков в соответствующих СМИ и особенно в Интернете.

Сформулируем некоторые выводы, прозвучавшие в связи с этим, в основном из опыта США.

□ Развитие рынка ведет к росту степени неопределенности будущего.

□ Объем продаж электроэнергии в США ежегодно возрастал на 2,1%, а прирост сетевой мощности только на 0,8%.

□ Электросистема США оказалась не готова к обмену электроэнергией на высококонкурентном рынке.

□ Потребители считают перспективным строить собственные ТЭЦ вместо бывших котельных.

□ Необходимо разработать специальные регулирующие акты, стимулирующие вложения средств в строительство ТЭЦ.

Оказывается, что современные проблемы ТЭЦ - это не чисто российское изобретение. В том же свободном мире получает развитие процесс, скажем так, передела теплофикационной нагрузки. И потребители в этом переделе занимают активную позицию.

Вот некоторые общие итоги развития рынка электроэнергии США.

□ Спорность имеющихся достижений и бесспорность кризиса электроснабжения.

□ Продукт высшего качества - когда производишь его сам.

Возможно, что все это издержки роста. Но, похоже - они в той или иной степени неизбежны. Как один из результатов, появился новый термин «распределенная энергетика». Согласно www . co generation . ru , американский эксперт по распределенной энергетике Том Кастен предсказывает, что США понадобится к 2010 г. около 137000 МВт новых мощностей. По Кастену, выполнение этих требований потребует 84 млрд долл. для строительства новых электростанций и 220 млрд долл. для новых средств передачи и распределения электроэнергии, т.е. суммарно потребуется 304 млрд долл. Выполнение того же требования с применением распределенной энергетики потребует 168 млрд долл. для новых электростанций, но при 0 долл. для линий электропередач. Почему указаны столь большие затраты на строительство новых линий электропередач? Очевидно, это связано с неизбежностью прокладки высоковольтных связей над частной собственностью, возникновения экологического противоборства.

В Европе существует Европейская Ассоциация Когенерации (Cogen Europe), которая также предсказывает бурный рост доли когенерации в производстве электроэнергии.

Хотелось бы ошибиться, но вряд ли у нас в России достаточно полно учтен мировой опыт при формировании правил свободного рынка

электроэнергии. Кроме неизбежного роста проблем по мере развития частной собственности на источники энергоснабжения, на землю, леса, ужесточения экологических требований, в наших условиях есть специфика. Чего стоит только проблема свободного рынка вторичных цветных, да и черных металлов? Все что произведено - уже вторично.

И все это в условиях неизбежности перекрестного субсидирования. Но вернемся к особенностям ситуации в США. Большинство новых генерирующих мощностей за последние годы было построено независимыми производителями! Возможно, по той причине, что постоянно идет процесс слияния (поглощения) энергосистем.

Хорошо, если этот процесс идет в пределах маломальских правил. А если у нас этот передел пойдет по аналогии с «правилами» по захвату собственности на овощных базах?

В мировой практике распределенная энергетика уже состоялась, как одно из неизбежных условий энергетической безопасности.

В наших условиях, большинство производителей продукции (потребителей электроэнергии) считают, что это пока экономически невыгодно. Хочется задать вопрос: учитывалось ли при этом, что:

□ с одной стороны, инфраструктура управления и контроля за энергопотоками постоянно усложняется и все более автоматизируется?

□ с другой стороны, усиливается необходимость защиты от всех видов помех, аварий, инцидентов, а так же от таких субъективных факторов: административный, монопольный, менталитетный, перестроечный и т.д.?

□ и почему потребитель должен все оплачивать монополисту от электроснабжения, когда именно потребитель является собственником теплофикационной нагрузки? Именно этот товар во многом и должен определять договорные цены в соглашениях заинтересованных сторон.

Об этом, в частности, рассуждали участники II Всероссийской конференции «Развитие малой распределенной энергетики в России», организатором которой выступило ЗАО «Агентство по прогнозированию балансов в электроэнергетике».
– Эта подотрасль особенно интересна нашему комитету, поскольку включает 60‑70 ГВт мощностей и, по оценке специалистов, она может закрыть потребности в электроэнергии до 2025‑2030 года, – отметил председатель Комитета по энергетике Государственной думы Иван Грачев. – Но тем не менее во взаимоотношениях большой энергетики и распределенной генерации есть определенные проблемы. Во-первых, цена на электроэнергию уже неприемлема и в рамках инвестиционного сценария продолжает расти. Во-вторых, цена строительства «киловатта» по некоторым пунктам достигает 9 тысяч рублей за киловатт установленных мощностей, понятно, что это фантастическая цифра. Кроме того, в большой энергетике нет достаточного количества частных инвестиций, основные средства идут от государства – 85 процентов и выше.

Еще более важно, что не запускается конкурентный механизм, есть централизованная энергетика с наличием одного источника либо тепла, либо электричества, при этом, не меняя количество посредников, никакой конкуренции создать нельзя. И мы либо говорим о возврате к прежней системе, что невероятно, либо задаемся вопросом: как в этой системе запустить конкурентный механизм? На мой взгляд, распределенная энергетика может отчасти решить эти проблемы: здесь в основном частные инициативы и реально выдается продукт по цене электроэнергии. На мой взгляд, это пока недооцененное государством важнейшее направление, которое может «расшить» целый спектр проблем.

Малая «ниша»

– Во многих странах тренд – переход от централизованной энергетики к гибкому варианту – объектам распределенной энергетики, – отметил заместитель министра энергетики РФ Антон Инюцын. – В тех случаях, где у распределенной энергетики есть преимущество, его нужно использовать. Россия только в начале пути, но очевидно, что в нашей стране есть конкретные точки – Дальний Восток, Арктическая зона, районы Крайнего Севера, где внедрены объекты распределенной генерации, и они могут быть точками роста в сфере малой энергетики. Распределенная генерация может применяться и в рамках единой энергосистемы, сейчас рассматриваются вопросы расширения когенерации, модернизации котельных в коммунальном хозяйстве в целях компенсации потерь на производстве, а также для резервирования. Мы понимаем, что сегодня нужны новые меры стимулирования, новые механизмы привлечения внебюджетных средств. Малая распределенная энергетика в России может иметь свою нишу. Преимущества налицо – ближе к потребителю, меньше потерь в сетях, независимость и серьезный экономический эффект для страны.

– Новым вызовом в сфере распределенной генерации стала необходимость законодательного обеспечения функционирования этого отраслевого сегмента, основанного на технологиях когенерации, использования местных видов топлива и ВИЭ, – сказал первый заместитель председателя Комитета по энергетике Государственной думы РФ Юрий Липатов. – На долю малой генерации в странах мира приходится от 10 до 20 процентов общего объема годовой выработки электрической энергии, в нашей стране этот показатель на порядок ниже – 1,5 процента в зоне централизованного электроснабжения. В настоящее время в России развитие малой распределенной генерации происходит стихийным порядком, который не может обеспечить эффективность работы сектора. Это выражается в нескоординированных действиях потребителей электроэнергии, энергокомпаний, поставщиков, регуляторов энергетических рынков, субъектов бизнеса и науки.

Законодательная часть по развитию малой генерации может быть реализована двумя путями. Первый – за счет внесения изменений по малой генерации в действующее законодательство, в том числе в Федеральный закон «Об электроэнергетике» с включением терминологических определений в сфере малой распределенной энергетики, отдельного раздела, определяющих основу развития объектов, их участия в оптовом и розничном рынках, в Федеральный закон «О теплоснабжении» с включением положения о выработке тепловой энергии объектами малой энергетики. Второй путь – это разработка и принятие отдельного Федерального закона о малой распределенной энергетике, в котором нужно определить: энергообъекты, вырабатывающие тепловую и электрическую энергию или работающие в когенерационном режиме, относящиеся к категории малая распределенная энергетика, основные условия режимов работы малых генерирующих установок – имеется в виду работа в изолированном режиме, работа с выдачей избытков производимой энергии на оптовый и розничный рынки, особенности функционирования малых распределенных установок в когенерационном режиме в секторе муниципального теплоснабжения и электрической энергии; особенности присоединения малых распределенных генераторов к электрическим сетям.

Стоит учесть, что сейчас функционируют более 50 тысяч объектов малой распределенной генерации и их число продолжает увеличиваться. У потребителей есть интерес к малой генерации, что так или иначе приведет к переходу от монопольной жесткой традиционной системы к диверсификации электро-, теплоснабжения, разнообразию типов и форм взаимодействия энергообъектов большой и малой распределенной энергетики в различных регионах России. После формирования законодательства по малой распределенной генерации будет необходима разработка пакета соответствующих пакетов нормативно-правовых актов правительства РФ, федеральных министерств и ведомств, определяющих конкретный порядок, связанный с ценами, присоединением и стимулированием развития малой генерации, – резюмировал господин Липатов.

Платформы и кластеры

– Переход от централизованной энергетики к распределенной сетевой интеллектуальной энергетике – эти термины неразделимо связаны между собой и стали своеобразным вектором изменения энергетического уклада в мире, сказал генеральный директор ЗАО «АПБЭ» Игорь Кожуховский. – Характеризуя сегодняшнее состояние, надо сказать, что ситуация в отрасли крайне плохо наблюдаема. Без государственной статистики сформировать государственную политику в сфере малой распределенной энергетики не получится. Хотя у нас есть стратегические документы, где малая энергетика упоминается. Энергостратегия констатирует, что малая энергетика развивается недостаточно – до 15 процентов от производства тепловых электростанций. В генеральной схеме приведена цифра 3100 МВт в базовом варианте – тоже немного по оценкам. Общая оценка такая: в действующих стратегических документах развитие малой генерации предусмотрено недостаточно. Мне кажется, необходимо всем, кто занимается перспективами развития отрасли, понять, что в общем балансе при формировании прогнозов сначала нужно рассматривать заполнение этого баланса малой распределенной энергетикой и только потом дополнять его вводами крупной генерации, чтобы обеспечить покрытие необходимого спроса.

В отличие от зарубежных стран, традиции централизации для большой энергетики в России гораздо более сильны, равно как и потенциал роста большой энергетики. Территориальные особенности нашей страны – это поле для использования распределенной и местной энергетики. И предпосылкой является появление новых серийных технологий, газотурбинных, газопоршневых установок, микротурбин, двигателей внешнего сгорания, других возможностей для покрытия потребностей в электроэнергии. До 2011 года развитие малой распределенной энергетики носило стихийный характер.

Технологическая платформа малой распределенной энергетики – самая многочисленная, сегодня в ней участвуют 168 компаний. Кроме того, стали появляться инновационные территориальные кластеры в энергетике. В нашей стране есть много примеров удачного бизнеса в рамках распределенной энергетики. Это, прежде всего, белгородский опыт, проекты компании «Альтэнерго», программы Ярославской генерирующей компании, энергетические турбины малой мощности в Ярославле, энерготехнологические комплексы в Кузбассе, пример РЭП-Холдинга, который локализовал газовую турбину General Electric 32 МВт и готов применять это в коммунальном теплоснабжении в режиме когенерации, и другое.

АПБЭ разработало собственную концепцию по распределенной генерации, предусматривающую рассмотрение большой энергетики и коммунального теплоснабжения в качестве единого объекта оптимизации. Таким образом, мы открывает совершенно новые перспективы повышения энергетической эффективности и заполнения балансов по электроэнергии определенным способом производства электрической энергии, замещая обычные котельные на установки когенерации. В цифрах это выглядит так: 3,1 ГВт – это сегодняшние данные перспективных документов, 50 ГВт – это то, что может быть, а это отказ от соответствующего объема вводов крупной генерации. Процесс не простой и требует пересмотра стратегических документов. Вводы крупной генерации можно сократить со 173 ГВт до 2030 года до 123 ГВт, их них 50 ГВт – распределенная генерация. И эти оценки сделаны только для сектора коммунального теплоснабжения без учета внедрения распределенной энергетики у потребителей.

Положительные эффекты от этого очень велики, обращу внимание на главные. Первый – экономия топлива. Второй – социальный, ведь мы сможем резко улучшить ситуацию с теплоснабжением и особенно по стоимости тепла в малых и средних городах, где преобладают котельные и нет когенерации вообще. Хочу остановиться на некоторых моментах. Например, субсидирование технологического присоединения малой генерации к электрическим сетям. Главная мысль, которая пока не прозвучала: существует законодательный запрет на совмещение сетевого бизнеса и бизнеса по генерации. Нужно отменить этот законодательный запрет и внести поправки в соответствующий закон в отношении распределенной энергетики, малой энергетики, ВИЭ. Кроме того, нужно остановиться на последней мере – это ценообразование, введение справедливой ценовой конкуренции большой энергетики и малой генерации. Речь идет о том, что сбытовые компании могут покупать электроэнергию у малых генераторов, но по цене, не превышающей цену оптового рынка. Необходимо, чтобы они покупали электроэнергию по цене оптового рынка плюс сетевая составляющая, это резко повысит конкурентоспособность малой генерации по сравнению с большой, что вполне справедливо. Кроме того, появится возможность продажи излишков электроэнергии потребителями по цене розничного рынка, а сейчас потребитель лишен такой возможности, – сказал господин Кожуховский.

Когда придет время ВИЭ?

– Кроме компании «РусГидро», я представляю еще и технологическую платформу, которая близка к теме распределенной генерации, поскольку они во многом пересекаются друг с другом, – сказал директор по инновациям и ВИЭ ОАО «РусГидро» Михаил Козлов. – Мы занимаемся всеми направлениями возобновляемой энергетики и понимаем, что планируемые к внедрению объекты относятся к распределенной энергетике. Расскажу об основных проблемах, которые существуют сегодня в сфере ВИЭ. Первая – это ощущение, что еще не настал момент для внедрения объектов возобновляемой энергетики в России, дескать, есть европейские страны, для которых это важно и актуально. Вторая проблема – это государственная поддержка в тарифообразовании. Также есть вопрос о необходимости резервирования мощностей, я считаю, что это нужно, но только с момента достижения определенного уровня производства электроэнергии возобновляемыми источниками. Помимо этого, важна роль распределенной энергетики в изолированных зонах страны.

И наконец, один из главных для страны тезисов – развитие российской производственной и технологической базы – нелогично, что мы продолжаем импортировать оборудование. Остановлюсь на отдельных позициях. Тариф ВИЭ, какой бы он ни был, растет в связи с инфляцией и другими экономическими факторами. Сегодня, устанавливая ветрогенераторы во всех странах, где присутствует поддержка государства, и в тех документах, которые сейчас готовятся в Российской Федерации, предусматривается определенная поддержка государством тарифа для обеспечения эффективности для инвесторов. Действительно, этот тариф выше, но важно то, что после окончания срока окупаемости этого объекта ВИЭ его тариф радикально падает и после этого становится значительно ниже, чем тариф в традиционной энергетике, и это по сути операционные издержки на содержание этого объекта. Для страны это важно, поскольку обеспечивается стратегический запас.

Действительно, сейчас надо вложить какие‑то деньги, но вложить для того, чтоб через десять-двенадцать лет (плановый срок окупаемости, закладываемый в расчеты) мы получили существенное падение стоимости объектов ВИЭ. Еще один пример: у «РусГидро» на Камчатке есть несколько геотермальных станций – одна из них в изолированной зоне, две – в центральном энергоузле, обеспечивая 30 процентов электроэнергии для зоны Петропавловска. До прошлого года остальную энергетику давали тепловые станции на мазуте, сейчас они переводятся на газ. В прошлом году тариф тепловых станций был 6 рублей для промышленности, для населения – 3 рубля, остальное субсидировалось государством. Топливная составляющая тепловых станций была 2,3 рубля, для ГеоЭС–1,8 рубля. Тариф, который обеспечивала геотермальная станция на Камчатке, был даже ниже, чем топливная составляющая традиционных станций. Понятно, что это уникальный случай, поскольку на Камчатке все топливо привозное. Наша расчетная группа сделала целевую установку: к 2020 году при реализации государственной программы по развитию ВИЭ общий рост тарифа на тот момент для населения не должен превышать 2 процента.

В изолированных зонах вся энергетика считается распределенной – крупных объектов там почти не планируется, сегодня развиваются проекты ветроэнергетики, геотермальной, малых ГЭС, солнечной. Проектов довольно много, и есть ряд точек, где эффективная реализация ВИЭ возможна без господдержки, но, на наш взгляд, и этого недостаточно, поскольку общий объем генерации, который мы можем получить в изолированных зонах на ВИЭ, – порядка 1 ГВт, этого мало для развития производства в стране, мы можем найти 1‑2 производителей, которые могли бы на этом объеме построить новые заводы, но нормального рынка на этом мы не получим, поэтому считаем важным развитие ВИЭ не только в изолированных зонах.

Говоря непосредственно про Дальний Восток, отмечу, что в «РусГидро» есть РАО ЭС Востока, обеспечивающее энергоснабжение потребителей этого региона. Говоря про распределенную энергетику, мы подразумеваем, что у нас она стыкуется как раз с возобновляемой энергетикой, где основные объекты – это гибридные комплексы, ветро-дизели, солнце-дизели. Суммарно, те проекты, которые мы реализуем на Дальнем Востоке, это пилотные мощности по солнечным станциям – 10‑30 кВт, по генераторам – порядка 300 кВт. Идея этих проектов лежит на поверхности: есть точки, где тарифы составляют 56 рублей за кВт-ч энергии, это районы, куда топливо доставляется вертолетом. В основном эти зоны практически все изолированы, и установка любого накопителя приносит заметный экономический эффект.

Есть еще одно совершенно фантастическое наблюдение в Якутии: в холода солнечная станция оказывается самым эффективным решением, так складывается, что резко континентальный климат «открывает» очень много солнца, поэтому те примеры, которые мы реализуем в якутских поселках, показывают хорошую практическую выдачу, – подвел итог господин Козлов.

О реакции энерго­системы можно лишь строить догадки
– И в нашем, и в зарубежном сообществе консенсуса в понимании того, что такое распределенная генерация, нет, – сказал заместитель директора по научной работе Института энергетических исследований РАН Сергей Филиппов. – На мой взгляд, нужно исходить не из показателей мощности этих установок, а из принципа, куда эта мощность выдается. Есть большой пласт малой энергетики, которая находится в зонах децентрализованного энергоснабжения, это то, что можно назвать автономной энергетикой, и то, что называется распределенная генерация. Потребители первой не имеют выбора. Когда мы говорим о распределенной генерации, то здесь другая ситуация – у потребителей есть выбор: либо присоединиться к централизованной системе энергоснабжения, либо выбрать свою генерацию по экономическим или другим принципам.

В последнее время на Западе активно развивается другое направление – это индивидуальная генерация, когда мощность выдается не в распределительную сеть, а используются совершенно иные технологии. Если в распредгенерации мы можем применять когенерационные установки, то в индивидуальной генерации можно использовать тригенерацию. Если бы меня спросили: поддерживаю ли я распределенную генерацию, я бы сказал: да, но только до того момента, когда она начинает «лезть» ко мне в карман. Как только начинают говорить: давайте поддержим распределенную генерацию, я задаюсь вопросом: с какой стати я должен поддерживать чей‑то бизнес? Но если при этом я развиваю свои технологии и генерирую свою добавленную стоимость, то она может оказаться больше, чем я отдаю тому, кто занимается малой генерацией.

Важным элементом в распределенной генерации является научно-технический прогресс. На старой технике добиться хороших показателей невозможно. Развивая когенерацию на базе котельных, надо понимать, что она будет эффективной, если будет адекватное оборудование. Те газовые турбины, которые предлагает наша промышленность с КПД по году 23‑24 процента, не позволяют конкурировать с раздельной выработкой. В то же время у нашего газотурбинного машиностроения есть возможности создать продукт с требуемыми для энергетики характеристиками.

Теперь о сложностях, которые сопровождают внедрение проектов распределенной генерации. Что дает генерация в энергосистему и как должна реагировать на это энергосистема, мы можем только догадываться. Нужно создавать на этой основе микрогриды, микроэнергетические системы, которые позволят решить несколько задач и с покрытием пиковых мощностей, и с увеличением надежности и т.д. Для примера, есть несколько проектов, которые реализуются в мире: японский микрогрид на основе фотоэлементов; проект в Германии, который базируется на когенерационных установках на базе высокотемпературных топливных элементов мощностью 2 кВт для индивидуальной генерации – топливный элемент выдает до 60 процентов КПД, но, к сожалению, есть зависимость этого КПД от нагрузки; есть еще японский и корейский проекты, которые базируются на топливных элементах, и они вышли на реализацию 50 тысяч установок в год, до 2020 года планируется оснастить около 100 тысяч домохозяйств для накопления опыта и создания соответствующего рынка. В таких проектах примерно 40‑50 процентов стоимости оборудования дотируется государством.