Е.В. Дмитриева
Иркутский государственный технический университет
Рассмотрены перспективы развития установок распределенной генерации в России. Снижаются риски дефицита мощности и потери электроснабжения от питающей подстанции основной сети, повышается надежность энергоснабжения, улучшаются показатели качества электрической энергии, снижаются потери мощности и электроэнергии. Энергосистема будущего должна будет сочетать крупные электростанции и распределенную генерацию.
В настоящее время в России ввод новых генерирующих мощностей отстает от роста электропотребления, кроме того, проблема усугубляется старением существующих генерирующих мощностей. В условиях рыночной неопределенности развития электроэнергетической отрасли одним из наиболее популярных решений повышения надежности электроснабжения потребителей является размещение установок распределенной генерации вблизи центров нагрузок. В этом случае снижаются риски дефицита мощности и потери электроснабжения от питающей подстанции основной сети, повышается надежность энергоснабжения, улучшаются показатели качества электрической энергии, снижаются потери мощности и электроэнергии.
В России в 1960–1980-х годах вводилось в среднем более 6 млн кВт в год. После распада СССР вводы новых генерирующих мощностей существенно сократились и установленная мощность электростанций за все эти годы, начиная с 1991 г., увеличилась менее чем на 2 млн кВт. Вместе с тем, оборудование электростанций вырабатывает свой проектный ресурс (табл. 1). В целом к 2015 г. отработает свой проектный ресурс почти 70 % существующих генерирующих мощностей.
Таблица 1
Динамика выработки проектного ресурса электростанций
| Тип электростанции |
Мощность агрегатов, достигших предельного срока службы, млн кВт |
||
| Год |
|||
| 2005 |
2010 |
2015 |
|
| ТЭС |
55 |
80 |
100 |
| ГЭС |
21 |
25 |
30 |
| АЭС |
3,8 |
8,4 |
15,4 |
Износ основного генерирующего и сетевого оборудования в энергетической отрасли РФ составляет порядка 60 % [3]. Фактический ввод новых генерирующих мощностей существенно отстает от необходимых объемов (табл. 2). В период с 2001 по 2005 гг. в стране было введено в строй новых мощностей на 9,5 ГВт, в то время как с учетом генеральной схемы и необходимости замены действующего оборудования в ближайшие 20 лет, потребность в новых мощностях составляет 173 ГВт.
Таблица 2
Факт/План ввода генерирующих мощностей
| Показатель |
Факт |
План |
|
| 2000–2005 гг. |
2006–2010 гг. |
2011–2020 гг. |
|
| Введено мощностей, ГВт |
9,5 |
10,4 |
68 |
| Необходимо с учетом вывода мощностей, ГВт |
30 |
40 |
80 |
| Отклонение, ГВт |
21,5 |
29,6 |
12 |
До 2010 года объемы вводов составляли примерно 2 ГВт в год. Рекорд был установлен в 2011 году, когда под нагрузку было поставлено 6 ГВт мощностей, но эта цифра не учитывает Калининскую АЭС – 4,7 ГВт. А в соответствии с генеральной схемой надо вводить 8–8,3 ГВт в год. На такой уровень должна выйти российская электроэнергетика, чтобы обеспечить покрытие потребности в электроэнергии и вывод неэффективных станций из эксплуатации. Сегодня установленная мощность российской электроэнергетики составляет 223,6 ГВт. Почти 70 % – это тепловые электростанции, 21 % – гидроэлектростанции, 11 % – атомные электростанции. Доля распределенной малой энергетики составляет лишь 1,4 %.
Ограничения в наращивании генерирующих и передающих мощностей с использованием традиционных применяемых технологий сдерживают не только развитие промышленности, но и социальное развитие. Поэтому во многих странах стремятся использовать распределенную генерацию – малые генерирующие источники, подключаемые к распределительной электрической сети.
Сам термин "распределенная генерация" даже специалистами в России пока толкуется неоднозначно. Одни считают, что подобные источники электроэнергии должны непременно находиться в непосредственной близи к потребителю и при этом не принадлежать электроэнергетическим компаниям. Другие относят к данной категории, прежде всего, теплоэлектростанции и считают спорным включение сюда генерации на основе возобновляемых источников энергии, особенно гидроэлектростанций, пусть и небольшой мощности.
Поэтому пока придется остановиться на определении, которое озвучил глава подкомитета по распределенной генерации комитета Госдумы РФ по электроэнергетике Сергей Есяков, предложив отнести сюда генерирующие объекты (независимо от способа производства электроэнергии мощностью) от 1МВт (опять же условно) до 50 МВт, расположенные в непосредственной близости от потребителя с возможностью использования системы накопления электроэнергии.
На сегодняшний день в России можно выделить три категории генерирующих мощностей, которые подпадают под широкое определение распределенной генерации:
-блок-станции, источник электрической (иногда тепловой) энергии, расположенный на территории или в непосредственной близости от промышленного предприятия и принадлежащий владельцам этого предприятия на правах собственности или ином законном основании, например праве аренды. Блок-станции, как правило, выгодны их владельцам, поскольку могут функционировать за счет побочных продуктов основного производства (попутный или доменный газ и т.п.);
-теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). Комбинированное производство электроэнергии и тепла повышает коэффициент использования топлива в среднем на 30 %. На фоне этого эффекта существенные затраты и неудобства при сооружении и эксплуатации теплосетей становятся приемлемыми. Это одна из причин, по которым когенерация широко пропагандируется и поощряется сейчас на Западе;
-объекты малой и средней генерации, в числе которых газотурбинные и газопоршневые станции, а также пока еще малочисленные в России электростанции на возобновляемых источниках электроэнергии (ВИЭ).
Российский потенциал использования распределенной генерации гораздо больше, чем у любой другой страны. 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.
Комбинированная выработка электрической и тепловой энергии — это наиболее эффективный способ экономии топлива как в жилищно-коммунальном хозяйстве, так и в промышленности [1]. Но в настоящее время в комбинированном режиме энергия производится практически только на паротурбинных теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) в крупных городах. Значительная часть централизованного производства тепловой энергии (48,9 %) вырабатывается в котельных, которые не только не производят электроэнергию, но и являются ее крупными потребителями в сфере ЖКХ. Доля тепла, производимая без выработки электроэнергии, составляет 63,4%
С другой стороны, развитие комбинированной выработки тепловой и электрической энергии при использовании существующей инфраструктуры котельных позволит наименее капиталоемким способом в значительной части обеспечить потребности экономики в росте электропотребления. Объем рынка распределенной генерации в России на ближайшие 10 лет оценивается экспертами в 20–40 тысяч МВт. С появлением новых технологий и созданием электрических станций малой мощности большое внимание стало уделяться вопросам изменения режимных свойств ЭЭС, когда существенно трансформируются технические параметры, вызванные неоднородностью элементов электрических систем. Распределенная генерация позволяет создавать эффективные и надежные системы производства высококачественной электрической и тепловой энергии в непосредственной близости от локальных потребителей с учетом их конкретных запросов. Высокая инвестиционная привлекательность и финансовая эффективность распределенных электростанций обусловлена:
− относительно низким уровнем первоначальных вложений;
− возможностью быстрого и поэтапного ввода в эксплуатацию;
− полным контролем со стороны потребителя, включая возможность продажи избыточной электроэнергии.
Смешанная система электроснабжения обеспечивает дополнение и резервирование централизованных систем. При этом потребитель, например промышленное предприятие с источником распределенной генерации имеет следующие преимущества:
− получает электрическую и тепловую энергию по стоимости, как правило, ниже установленных тарифов;
− располагает повышенной надежностью энергоснабжения;
− может получать дополнительные выгоды от продажи электроэнергии прочим потребителям;
− может использовать более дешевое местное топливо, что особенно выгодно, если иметь в распоряжении парогазовые установки и газотурбинные электростанции.
Существуют и препятствия для развития распределенной генерации:
− высокие таможенные пошлины на ввозимое из-за рубежа оборудование;
− сложности технического регулирования и лицензирования при строительстве объектов распределенной генерации;
− тепловые электростанции, в том числе объекты распределенной генерации, относятся к опасным производственным объектам. Нужно не только подтверждение соответствия требованиям технического регламента о безопасности машин и оборудования, но и подтверждение соответствия требованиям по энергоэффективности;
− трудности при присоединении к электрическим сетям и в оказании услуг по оперативно-диспетчерскому управлению.
В России, несмотря на повышение темпов строительства объектов распределенной генерации, процесс наращивания мощностей не находит должного места в перспективном планировании развития системы. Еще нет осознания того вклада, который распределенная генерация может внести в общее развитие системы и ее модернизацию, нет осмысленной государственной линии на этот счет. При разработке такой политики важнейшим положением должно стать требование проанализировать и при необходимости пересмотреть философию и технологию перспективного планирования развития системы с учетом распространения распределенной генерации, создания микросетей и внедрения технологий «умных» сетей. В существующей Генеральной схеме развития электроэнергетики предусмотрен недостаточный объем ввода малой распределенной энергетики мощностью до
25 МВт (табл. 3). Из общего объема на его долю приходится всего 5 % [6]. Также очень трудная задача – это возобновляемые источники, целевой показатель которых в энергобалансе составляет 4,5 %. Но меры господдержки не принимаются до сих пор, и расчеты, выполненные в рамках схемы, показали практическую невозможность при сложившихся обстоятельствах достичь нужного уровня к 2020 году.
Суммарный ввод объектов малой распределенной генерации к 2030 году составит 9,2 ГВт, т.е. сохраняется централизованная модель электроэнергетики.
Организации, занятые централизованным планированием, не в состоянии получить информацию о планах промышленников по строительству собственных мощностей и, соответственно, вынуждены пренебрегать этим фактором. А неопределенность тарифной политики и постоянно меняющееся законодательство и есть основные факторы, толкающие промышленников в направлении распределенной генерации.
Таблица 3
Ввод объектов малой распределенной генерации
| Объекты |
Кол-во ГВт объектов за годовой период |
|||
| 2010–2015 |
2016–2020 |
2021–2025 |
2026–2030 |
|
| ГТУ ТЭЦ, ПГУ ТЭЦ |
- |
- |
1,1 |
2,0 |
| ВИЭ |
0,1 |
0,3 |
0,6 |
5,1 |
| Всего, ГВт |
0,1 |
0,3 |
1,7 |
7,1 |
Отношение системного оператора к строительству объектов распределенной генерации двойственное. С одной стороны, число объектов, которыми следует управлять или хотя бы наблюдать, множится, а это добавляет хлопот и затрат на персонал, программные средства и т.п. С другой стороны, распределенная генерация положительно влияет на надежность энергоснабжения, что приветствуется.
Существует также ряд технических проблем, сопряженных с распространением распределенной генерации. Распределенная генерация – это зачастую новое оборудование, импортированное из-за рубежа, с новыми динамическими характеристиками и возможностями управления. Неоднозначно и влияние распределенной генерации на качество электроэнергии по уровням напряжений, а также на генерацию высших гармоник в системе. 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 оперативно-диспетчерское управление, а также систему релейной защиты и автоматики, противоаварийного управления. Многие из этих функций переходят к распределительным сетям, где может не быть персонала, способного с этим справиться.
Подводя итог, можно отметить, что уход многих потребителей от исключительно централизованного энергоснабжения – общемировая тенденция. Противостоять этой тенденции бессмысленно. Разумнее принять ее к сведению и попытаться найти оптимальное соотношение между централизованным производством электрической и тепловой энергии и локальными их источниками, скорее всего, средними и малыми. Энергосистема будущего должна будет сочетать крупные электростанции, без которых проблематично электроснабжение крупных потребителей и обеспечение роста электропотребления, и распределенную генерацию.
Список литературы
Дубинин B.C., Лаврухин K.M. Комбинированная выработка тепловой и электрической энергии в котельных // Промэнергетика. – № 5. – 2007. – С. 3–9.
Некрасов А.С., Синяк Ю.В. Уточненные прогнозы ИНП РАН по развитию российского ТЭК до 2030 г. и основные направления инновационной деятельности в области электро- и теплоснабжения. – 2009 г.
Нигматулин Б.Э. Состояние и развитие электроэнергетики в России до 2020 года [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://electro.problema.ru/conference_2012-12_moscow.php
Электроэнергетика России–2030. Целевое видение / под общ. ред. Вайнзихера Б.Ф. – М.: Альпина Бизнес Букс, 2008. – 352 с.
«О целевом видении стратегии развития электроэнергетики России на период до 2030 года» РАН ОИВТ М-2007.
Марканова Т. Энергетика России: нужен другой путь [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www/ tpp-inform.ru