Энергообеспечение труднодоступных районов

Введение
Энергетика - один из основных секторов экономики. Она обеспечивает электроснабжение для благополучия населения и укрепления власти государственной власти в целом
Сегодня энергетика Российской Федерации изменяется и будущее страны зависит от новых изобретений и качественного подготовленного квалификационного персонала. Для того, чтобы увеличить производство, преодолеть экономические проблемы и ежегодные темпы роста энергопотребления (а значит, и производства) должны быть близки к 5 %. Не только восстановление старых теплоэлектростанций, но и новые методы и принципы использования малых и средних источников мощности. Это бы помогло очень быстро увеличить производство энергии (электрической и тепловой). Еще одним, не менее важным направлением в отечественной отрасли возобновляемой энергетики является внедрение энергосберегающих технологий, оборудования. Для решения этой задачи в области энергетики необходима разработка нового оборудования, и подготовленные технические специалисты, которые способны разрабатывать новейшие достижения техники и активно внедрять их в ту или иную отрасль.
Энергосбережение - это выполнение правовых, организационных, научных, производственных, транспортных и экономических мер, направленных на эффективное(рациональное) использование топливно-энергетических ресурсов и включение возобновляемых источников энергии в хозяйственный оборот.
Сложность надежного обеспечения качественной энергией слабозаселенных районов страны является проблемой не только в техническом и экономическом плане, но и в социально-бытовом. К таким регионам относятся не только северные регионы Сибири и Дальнего Востока, но и многие районы Северо-Запада и Центральной полосы России, а также предгорные и горные районы Северного Кавказа. Трудность разрешения этой ситуации и определяет актуальность. Основные способы осуществление обеспечения таких потребителей электроэнергией: централизация и децентрализация электроснабжения. В настоящее время электрообеспечение малонаселенных и удаленных поселений осуществляется в основном дизельными электростанциями (ДЭС), которые могут быть стационарными и перевижными. Всего их в стране насчитывается около 5 000, но их состояние вызывает много вопросов.
К примеру, суммарная мощность ДЭС в Иркутской области – более 32 МВт, они снабжают электрической энергией около сотни поселков с населением до 4000 человек. Но большая их часть была установлена 40-50 лет назад и уже давно отработала ресурс, требует замены или капитального ремонта. При этом время подачи электричества сокращено до 6-8 часов в сутки, но затраты бюджетных средств на закупку дизельного топлива составляют более 250 млн. руб. без учета стоимости транспортировки. Даже с такими ограничениями, себестоимость энергии превышает тариф области в 13,5 раз.
Из-за такого способа энергоснабжения себестоимость 1 кВт/ч электроэнергии, генерируемой дизельными электростанциями, может составлять от 20 до 100 и более рублей.
Основу для улучшения промышленности и развития сельского хозяйства в большей части составляет именно энергетика. Обеспечение электроэнергией потребителей бытового, промышленного и другого назначения, как правило, от электростанций, находящихся недалеко, намного реже - удаленных на значительные расстояния. Но некоторые районы и потребители страны ввиду особенностей своего месторасположения и изолированности невозможно подключить к главной системе. Решение этих проблем необходимо и первостепенно для повышения уровня жизни малозаселенных районов прогресса экономики страны.
В этой работе определены и рассмотрены некоторые проблемы электро- и теплоснабжения обособленных потребителей труднодоступных районов, так же предложены основные способы улучшения надежности качества их снабжения, Кроме этого, для каждого из способов описаны достоинства и недостатки, а также ограничения, с которыми можно столкнуться при проектировании сетей.
Основная часть
Состояние и проблемы энергообеспечения потребителей Российской ФедерацииЭлектроэнергетика, которая направлена на обслуживание и развитие промышленного и сельскохозяйственного производства, общественной жизнедеятельности, является передовой и инфраструктурной отраслью. Следовательно, спрос на электроэнергию имеет прямо пропорциональную зависимость от численности населения региона и уровня его развития. Энергопотребление городов увеличивается прогрессивными темпами из-за их стремительного развития. Среднегодовой прирост потребления энергии в Российской Федерации за последние 9 лет равен 2,4% [6]. Однако не все районы страны имеют возможность быть обеспеченными необходимыми объемами электроэнергии для успешного существования и стабильного развития. В то же время, эксплуатация в режиме, близком к холостому ходу, многих из имеющихся линий электропередачи, соответственно, с низким коэффициентом загрузки, влечет за собой большие денежные и иные убытки на обслуживание и содержание. Многие энергетические сети перестали существовать, у большой доли степень износа давно перевалила за 100%, и данные тенденции не меняются. В то же время, большая часть отдаленных регионов не задействована в системе централизованного энергоснабжения. Многие энергозависимые потребители находятся на этих территориях. Как правило, обособленными (или изолированными) потребителями считаются одно или несколько хозяйств (ферм, небольших поселков или населенных пунктов, предприятий или групп предприятий и т.д.), которые удалены от региональных или федеральных систем.
Такие потребители используют некоторые виды автономных источников энергии для электроснабжения: котельных малой мощности, небольших дизельных электростанций и др.
Отдаленность слабая заселённость многих районов не является единственной проблемой обеспечения надежность энергоснабжения. Необходимость обеспечения отдаленных районов, потребляющих малые мощности, энергией, генерируемой автономными источниками все сильнее проявляется в настоящее время. Данная мера позволит сэкономить средства, которые сейчас тратятся обслуживание и содержание линий электропередачи. Правительство РФ создает концепцию, позволяющую небольшим разбросанным по всей стране районам, сущность которой состоит в отказе от централизованной системе энергоснабжения. Концепция по этому проекту, возможно, станет тренировочным полигоном для проверки новых энергетических систем. Проект может помочь решению вышеуказанной проблемы, так как относится по большей части к районам, находящимся в области действия проекта. По оценкам ЦЭНЭФ, более 50 млрд руб. ежегодно тратится из федерального бюджета для субсидирования тарифов на энергию в труднодоступных районов[7]. Согласно анализу Центра Аналитики при Правительстве Российской Федерации, сумма, которая тратится на субсидирование электроснабжения территории России, составляет более 70 млрд руб., причем большая часть из нее уходит в регионы севера. Выполнение данного проекта поспособствует уменьшению размеров субсидий без снижения уровня надежности энергетических услуг и экономической доступности.
В этой работе представлен анализ текущего положения изолированных систем энергоснабжения с высокими затратами на энергию. Программа включает регионы России с дорогим содержанием централизованного энергоснабжения: труднодоступные районы, северные территории, регионы с малой плотностью населения. Многие иностранные регионы с похожим географическим положением - Норвегия, Аляска, северная часть Канады - , использующие децентрализованное энергоснабжение потребителей, показывают целесообразность экономическую целесообразность таких решений даже в отсутствие субсидий на развитие ВИЭ. Выполнение таких программ позволит заметно уменьшить бюджетные субсидии на завоз топлива.
Энергообеспечение данных потребителей в полной мере требует большого объема топлива, у которого чрезвычайно дорогая доставка: затраты на производство энергии в таких районах в 3-4 раза превышает тарифы, по которым рассчитывается население [5, с.8]. Себестоимость производства электроэнергии в них составляет 25-30 центов/кВт·ч, тепла - 50-70 дол. /Гкал. Для поддержания допустимых тарифов на энергию для населения таких районов государство устанавливает цены на уровне 3-7 цент/кВт·ч и 10-30 дол. /Гкал соответственно. Для возмещения разницы правительству приходится выделять существенные дотации [3, с.352]. Зачастую из-за необходимости экономии топлива прибегают к временному ограничению энергоснабжения потребителей до 5 (в летний период) - 10 (в зимний период) часов в сутки, что неминуемо отрицательно сказывается на условиях жизни населения северных районов. Многие регионы Российской Федерации - районы Дальнего Востока, Крайнего Севера, Сибири – остаются зависимыми от такого способа поставки энергии, и ограничение количества топлива, необходимого для поставки энергии, неминуемо угрожает безопасности жизни и здоровья населения, не говоря уже о ее качестве. Малая плотность заселения большой территории энергодефицитных районов (на ее территории проживает около 15 млн. человек), жесткий арктический и резко континентальный климат требуют немедленного решения проблем энергоснабжения. Социально-экономическое развитие невозможно представить без решения назревшей проблемы.
Методы решения проблем энергоснабжения обособленных потребителейГлавный и, как правило, единственный метод доставки электроэнергии в изолированные районы - транспортировка традиционных видов топлива. Каждый год в Северные регионы и на Дальний Восток поставляется 6-8 млн. тонн мазута и 20-25 млн. тонн угля. Стоимость топлива здесь постоянно растет и может достигать 350 и более долл. /1 т. у. т. [1, с.77]. Из этой суммы затрачивается на транспортировку примерно 70-80% для потребителей, которые находятся дальше всех от районов центрального электроснабжения. [3, с. 19-20]. Следствием этой ситуации являются завышенные тарифы на электроэнергию. Можно выделить несколько направлений развития систем энергоснабжения обособленных потребителей, направленных на экономическую эффективность энергоснабжения за счет снижения количества потребляемого топлива и повышение качества:
применение альтернативных (возобновляемых) источников энергии;
централизация энергоснабжения;
применение местных видов топлива [2, с. 20].
применением Технологии «Персональных Электроэнергетических Систем», разработка которой была начата в г. С.-Петербурге еще в 1992 г.
Изучение и оценка районов расположения потребителей является начальным и основным методом решения проблемы. Оцениваемыми факторами могут являться развитие транспортной инфраструктуры, природное богатство, дальность расположения потребителя от сети централизованного электро- и теплоснабжения, климатические характеристики региона и многие другие.
Исходя из анализа возможности и целесообразности подключения изолированных потребителей к сетям централизованного электро- и теплоснабжения, стало известно, что экономически обоснованными территориальными границами являются расстояния 30-90 км (в зависимости от присоединяемой мощности) [3, с.21]. Но многие потребители находятся на значительно большем расстоянии. Использование локальных месторождений и видов топлив, распространенных в данной местности, позволяют несколько снизить затраты на транспортировку и, соответственно, себестоимость. Но в то же время, разведка и разработка близлежащих месторождений полезных ископаемых, развитие добывающих предприятий требует огромных денежных затрат. Но для этого необходимо, чтобы данные районы располагали необходимыми ресурсами и имели возможность для их освоения, что зачастую невозможно для труднодоступных регионов. Зачастую для транспортировки топлива из далеко расположенных предприятий приходится строить нефте- и газопроводы, что подразумевает большие денежные издержки.
Для обеспечения электроэнергией северных и северо-восточных районов эффективно будет использовать альтернативные источники энергии, их применение рассматривается как главный способ решения проблемы. Применение альтернативной энергетики для энергоснабжения обособленных потребителей.
Понятие «Альтернативные источники энергии» объединяет возобновляемые и нетрадиционные источники энергии. К таким источникам относятся: ветровая, геотермальная, солнечная, и гидроэнергию, а также биомассу, температурный градиент Мирового океана, волновую и приливную энергию.
Различные альтернативные источники энергии можно с разным уровнем эффективности применять практически во всех регионах России. В некоторых областях, таких как Алтайский край, Республика Бурятия, Дальний Восток и другие возможно активное использование сразу нескольких видов альтернативной электроэнергетики. Вид топлива может быть обусловлен природно-климатическими и географическими характеристиками региона. Например, в основные запасы древесины сосредоточены центральных районах Восточной части России, в Камчатской области - геотермальные ресурсы. Наиболее эффективно использовать энергию ветра на восточном и арктическом побережьях Российской Федерации.[5, с.8]. Рассмотреть целесообразность применения альтернативной энергетики можно на примере Камчатской области. Энергетика Камчаткой области около 97% основывается на привозном мазуте всей произведенной электроэнергии. Стоимость данного вида топлива в районе достигает 200 долларов/тонну - тарифы на тепло - электроэнергию здесь выше чем в других районах России. Себестоимость электроэнергии в Камчатском крае выше среднего уровня в 5-6 раз из-за больших затрат на транспортировку мазута – основного топлива. Местные жители являются главными потребителями электроэнергии (промышленное потребление составляет около 8%) [1, с.5-7]. При этом Камчатка богата возобновляемыми природными энергоресурсами, такими как тепло земных недр, приливная энергия, ветер и многие другие. Имеющиеся ресурсы Камчатской области намного превышают потребности полуострова в электричестве и тепле.
Применение имеющихся возобновляемых ресурсов Камчатской области позволяют получать более 319 млрд. кВт∙ч электроэнергии в год, при текущем энергопотреблении 1,5 млрд. кВт∙ч/год [1, с.76]. Внедрение возобновляемых источников энергии на Камчатке позволит: улучшить экологическую обстановку области, свести использование ископаемого топлива в производстве тепло - и электроэнергии к минимуму, тем самым уменьшить зависимость региона от поставок топлива, существенно повысить уровень жизни населения, а также значительно снизить затраты на энергоснабжение. Внедрение альтернативной энергетики может изменить систему энергоснабжения не только в Камчатской области и многих других труднодоступных и изолированных районов, курортно-санаторных зон Российской Федерации.
Замена единой централизованной системы энергоснабжения и представление ее как множество отдельных потребителей с индивидуальными отличиями, объединённых в некоторые группы по функциональным признакам, является основой ПЭС-технологии. Использование такой технологии позволяет уменьшить изначально подводимое количество энергии за счет большее эффективного и пропорционального использования подводимой и потребляемой мощности, что достигается учитывает особенности и цикличность каждой группы потребителей.
Следовательно, главным критерием при этом методе становится максимальная суточная потребность объекта в электрической энергии, а не максимальная подводимая мощность. Зная суточную потребность в энергии, каждый потребитель обеспечивается электричеством от химического источника тока (аккумуляторной батареи), имеющего емкость, равной этой потребности. Учитывая, что электрохимические аккумуляторы представляют собой перезаряжаемые химические источники тока, работающие на основе электрохимических систем. В них материалы, образовавшиеся в процессе разряда, могут быть при заряде превращены в первоначальные активные материалы, наша задача обеспечить своевременное их восстановление под действием внешнего источника тока. В качестве источников электрического тока, для восстановления АКБ, комплексно и в любых комбинациях используются различные генерирующие устройства, в первую очередь ориентированные на низкопотенциальные, экологически чистые источники энергии – ветер, солнце, вода и др. Изложенный выше подход к решению задачи электроснабжения положен в основу ПЭС-технологии. Разделение генерирующего оборудования и потребителей переменного тока буферной вставкой накопителя, работающего на постоянном токе, с соответствующими преобразователями и инверторами на входе и выходе, обеспечивает устойчивость работы создаваемой системы, и выполнение ей всех основных функций, присущих классическим энергосистемам. Применяемое последовательное включение накопителя, непрерывно обеспечивает баланс поступающей, аккумулируемой и потребляемой энергии при подводимых мощностях, на порядок меньших, чем требуют пиковые нагрузки, превращая его, в так называемый потребитель-регулятор, который берет на себя все функции по сглаживанию пиковых скачков мощности потребителя.
Накопитель ПЭС формируется из электрических аккумуляторов, объединяемых в батареи необходимой емкости. В зависимости от решаемых задач в накопителе могут быть использованы любые аккумуляторные батареи начиная от стартерных - свинцово-цинковых и заканчивая литий-ионным батареями. Исходя из особенностей технологии, накопитель постоянно находится в балансируемом режиме, не допускающем полного разряда или перезаряда аккумуляторных батарей, что, по мнению специалистов, увеличивает срок их работы. ПЭС-технология– это не только новые технологические решения, но и новый экономический, психологический, философский взгляд на развитие энергоснабжения человека. Уже сейчас, на самых первых шагах своего развития, ПЭС-технология становится весьма эффективна.
В настоящее время несмотря на очевидные достоинства применения возобновляемых источников энергии, более 90% всей энергии России производится традиционными способами - за счет невозобновляемых углеводородных ресурсов. Часть альтернативной энергетики составляет примерно 0,5% при производстве электроэнергии и около 4% при производстве тепла [1, с.5]. Активному использованию возобновляемых источников энергии препятствует их более высокая стоимость в сравнении с традиционными. Однако принимаемые в настоящее время жесткие экологические требования и поддержка альтернативной энергетики на государственном уровне приводит к активному развитию альтернативной энергетики во многих районах России.
Заключение
На данный момент для энергоснабжения большинства промышленных предприятий реализована централизованная система. Они получают электроэнергию от электрической подстанции, пар – по тепловой сети при теплоэлектроцентрали, газ – по сети газоснабжения. Но в то же время предприятие может и само производить некоторые виды электроэнергии: электричество – на собственной подстанции, из котельных получать пар и горячее водоснабжение, газ – на газогенераторной станции. К тому же энергия должна быть бесперебойной и достаточной для потребителя, подаваться вовремя и с необходимым качеством, а так же удовлетворять другим специфическим особенностям. Неравномерное потребление энергии в течение суток, года может вызвать перебои в процессе энергоснабжения или вовсе прекращение производства. Природные условия накладывают некоторые ограничения: максимальное потребление должно обеспечиваться мощностью энергетических установок. Выделяют несколько видов энергии по характеру использования: двигательная (силовая), отопительная, технологическая, осветительная и санитарно-вентиляционная. Освещение и отопление – основные цели для энергоснабжения труднодоступных районов. В качестве энергоносителей используются различные виды энергии и энергоносителей.
Проблема энергообеспечения труднодоступных районов в Российской Федерации в настоящее время изучается многими учеными, исследователями и органами государственной власти.
Причины тяжелого социального и экономического положения районов зависят от привоза топлива, высокие тарифы на электроэнергию и тепло. Для урегулирования и решения таких проблем требует внедрение новых технологий и применения эффективных стратегических решений. Делая вывод из анализа данной ситуации, можем выделить, что одним из наиболее эффективных шагов в данном направлении в большинстве труднодоступных районов Российской Федерации, где имеются проблемы с доставкой традиционного топлива, может быть применение альтернативной энергетики.
В экологической доктрине РФ сказано, что устойчивое развитие Российской Федерации, высокое качество жизни и здоровья ее населения, а также национальная безопасность могут быть обеспечены только при условии сохранения природных систем и поддержания соответствующего качества окружающей среды
Использование потенциала возобновляемых природных ресурсов северо-восточных областей России позволит не только сократить объемы потребления органических видов топлива, обеспечив надежность и независимость от поставок топлива указанных районов, но и снизить вредное воздействие энергетики на окружающую среду и улучшить качество жизни населения. Комплексное развитие альтернативной энергетики позволит полностью обеспечить обособленные регионы электроэнергией.
Список литературы: 1. Под ред. Мягких Д. и др. Развитие возобновляемых источников энергии в России: возможности и практика (на примере Камчатской области). Сборник. - М.: ОМННО "Совет Гринпис", 2006 г. - 92 с.
2. Иванова И.Ю., Тугузова Т.Ф., Попов СП. Развитие малой энергетики на северо-востоке России: проблемы, эффективность, приоритеты / Труды международной научно-практической конференции "Малая энергетика - 2006".21-24 ноября 2006 г., г. Москва. - М.: ОАО "Малая энергетика", 2006 г. - 370 с.
3. Иванова И.Ю., Попов С.П., Тугузова Т.Ф., Симоненко А.Н. Роль возобновляемых энергоисточников в развитии малой энергетики / Сборник трудов международной научно-практической конференции "Малая энергетика - 2005".11-14 октября 2005 г., г. Москва.2-е. изд. испр. и доп. - М.: ОАО "Малая энергетика", 2005 г. - 388 с.
4. Серебренников Ф.В. Ветроэлектрические установки малой мощности для изолированного потребителя (обоснование и подбор) / Роль природообустройства сельских территорий в обеспечении устойчивого развития АПК (МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ), Часть II, М.: МГУП, 2007 г. - 379 с.
5. Станев Б., Иванов И., Тугузова Т., Петров Н. Нетрадиционная энергетика в энергоснабжении изолированных потребителей районов Севера / Еженедельная газета "Наука в Сибири" №1-2 (2537-2538), 13 января 2006 г. - 16 с.
6. http://www.expert.ru/printissues/expert/2008/24/cena_rastochitelnosti/7. http://www.cenef.ru/file/Discussion_paper1.pdf