Пути решения энергетических проблем сельских населенных пунктов

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Алматинский университет энергетики и связи, г.Алматы

Пути решения энергетических проблем сельских населенных пунктов

В.А. Дворников

В.В.Стояк

Проведен анализ существующих систем энергоснабжения территорий сельских населенных пунктов. Указаны положительные и отрицательные стороны использования возобновляемых источников энергии и их возможные сочетания с централизованными и локальными автономными системами энергоснабжения. Предложены пути решения энергетических проблем сельских населенных пунктов.

Ключевые слова: сельскохозяйственные территории, электроснабжение, теплоснабжение, автономное энергоснабжение, возобновляемые источники энергии, фотоэлектрической станции тригенерационные установки.

энергетический сельский возобновляемый автономный

Как отмечают авторы статьи [1], проблема устойчивости электроснабжения территорий перерастает из отраслевой в государственную и должна стать стратегическим приоритетом. Все это в полной мере можно отнести и к теплоснабжению этих территорий, так как тепловое потребление - одна из главных составляющих топливно-энергетического баланса Казахстана, где продолжительность отопительного сезона составляет 3500-5400 часов. При этом первичной энергией для преобразования в тепловую энергию являются уголь, газ, жидкое топливо, прочие виды топлива и очень редко электричество. В Послании Президента народу Казахстана (февраль 2008г.) сказано: «Поручаю Правительству принять дальнейшие меры для системной поддержки сельского хозяйства на всех уровнях». Экономический и социальный подъем села будет успешным при условии создания современной инфраструктуры в населенных пунктах, в том числе при восстановлении и расширении энергообеспечения этих территорий. Хотя для решения проблем сельских регионов, связанных с дефицитом электроэнергии в стране в Республике Казахстан, включены административные ресурсы: Закон Республики Казахстан «О поддержке использования возобновляемых источников энергии» от 4 июля 2009 года; Стратегия «Эффективное использование энергии возобновляемых ресурсов Республики Казахстан в целях устойчивого развития до 2024 года»; Государственная программа по форсированному индустриально-инновационному развитию Республики Казахстан на 2010 - 2014 годы, от 9 марта 2010 года № 958. - фактически сельская энергетика продолжает топтаться на месте. Отличие сельскохозяйственного производства от других отраслей и его специфика состоят в том, что сельское хозяйство - это не только сфера производства, но и сфера жизни большой массы населения страны.

Сельская экономика и сельское поселение неразрывно связаны: сельские поселения исторически формировались на основе сельскохозяйственной деятельности и переставали существовать с прекращением последней. Новейшая история только подтверждает эту закономерность: кризис в сельхозпроизводстве повлек за собой отток населения и развал систем жизнеобеспечения сельских населенных пунктов (СНП). Только за 2000-2002 годы самоликвидировались около 300 населенных пунктов. По официальным данным областных акиматов на 2004 год в республике насчитывается 7660 сельских населенных пунктов, из них в более 500 имеет численность менее 50 человек, 136 являются неупраздненными СНП, где нет населения. Параллельно существуют многочисленные станции и разъезды (257), села, включенные в территориальные границы городов (317), где население практически выпадает из сферы опеки государства и местных властей. Численность жителей в них на 2003 год составляла 579540 человек [2]. Казахстан относится к группе стран с низким уровнем дохода по показателям производства ВВП на душу населения. Уровень ВП сельского хозяйства на 1 сельского жителя в Казахстане в 1,8 раза ниже, чем в России; в 1,3 раза ниже, чем в Украине; в 3 раза ниже, чем в Турции; в 7,5 раза ниже, чем в Южной Корее, Германии; в 8,8 раза ниже, чем во Франции; в 43 раза ниже, чем в Бельгии [5]. Как известно, прирост выпуска сельскохозяйственной продукции на 1% сопровождается 2-3 кратным увеличением потребления энергии [3]. Эта взаимосвязь наиболее характерна для животноводства - его эффективность на 20% определяется микроклиматом и условиями содержания. Отклонение от температурно-влажностных параметров содержания животных снижает надои молока на 10-20%, прирост массы животных - на 20-30%, отход молодняка достигает 30% [3]. Эти цифры говорят о том , что наличие необходимого энергоснабжения животноводческих ферм Казахстана позволяет без роста поголовья скота иметь значительные резервы получения дополнительно значительного количества продукции животноводства. Низкий уровень технологий производства: переработка, хранение сельхозпродукции - является основной причиной неконкурентоспособности отечественной продукции на мировых и внутренних рынках. Во многом эта проблема связана с недостатком энергетического обеспечения сельскохозяйственных процессов. На 2004 год в республике 265 СНП (3,5%) не обеспечены электроэнергией. Неэлектрифицированных сельских населенных пунктов (СНП) от общего количества больше всего расположено в Карагандинской - 11,1% (56); Кызылординской - 8,1% (22); Павлодарской - 7,1% (36) областях [2]. Относительно централизованной газификации СНП: в связи с неразвитостью локальных сетей не всё сельское население имеет возможность получать природный газ. Наиболее газифицированы природным газом области - Западно-Казахстанская, Южно-Казахстанская, Жамбылская и Костанайская.

На настоящий момент ситуация с энергообеспечением сельских территорий была озвучена на 7 форуме главных энергетиков предприятий Республики Казахстан ( 23-25 августа 2011 года в г. Алматы). Из обращения главных энергетиков предприятий к Правительству страны к числу основных предложений относятся те, которые связаны с электроэнергетикой сельских территорий. Потребность в принятии этих предложений имеет объективные причины, и она назрела. В период 2000-2008 годы наблюдался устойчивый рост электропотребления с динамикой в среднем около 5% в год. Особенно эта динамка прогрессировала с конца 2009 года [4].

Наиболее слабым звеном энергетики оказались электрические сети 0,4 - 110 кВ РЭК, которые обеспечивают поставку электроэнергии в сельские регионы. Электрическое оборудование этих сетей было разработано по проектам середины прошлого века и к настоящему времени морально и технологически устарело. Низкие тарифы, высокий уровень технических и коммерческих потерь в электрических сетях разоряли существующую структуру РЭКов и не позволяли полностью реализовывать средства амортизационных отчислений, предназначенных для замены и модернизации электрического оборудования. Собственные средства РЭКов не позволяли даже думать о замене оборудования и возможной реконструкции [1]. Отсутствие государственной поддержки не позволяло РЭКам привлечь инвесторов.

Казахстан занимает площадь, равную 2724,9 тыс. кв. км. Протяженность его территории с запада на восток превышает 3000 км, с юга на север - 1700 км. Суммарная протяженность электрических сетей напряжением 1150-35 кВ равна 98 тысяч 417,225 км. Плотность на 1 кв. км площади составляет 0,036 км сети (36 метров!). Такая разбросанность по территории республики производственных объектов, малых городов и поселков (в которых проживает большая часть населения республики), имеющих малую плотность потребления энергии, обусловила сооружение протяженных электрических сетей, радиус действия которых значительно превосходит их экономическую целесообразность. Это усложняет эксплуатацию, ухудшает режим работы и приводит к большим технологическим потерям электроэнергии. При высоких ресурсных затратах в создании распределительной сети большинство из них уже не обеспечивает требуемые стандарты надежности энергоснабжения, особенно в сельской местности. Централизация электроснабжения, наличие рассредоточенных на большой территории потребителей с малой нагрузкой (что вынуждает иметь завышенную протяжённость электрических сетей на единицу передаваемой мощности), концентрация мощности вблизи источников топлива (в связи с их неравномерным расположением по территории Казахстана) делают необходимым дальнее транспортирование электричества. Особенностью электроэнергетики Казахстана можно считать малую удельную нагрузку на единицу длины сетей и большую долю сетей с малым рабочим напряжением. При малых значениях плотности нагрузки и/или при меньших параметрах сетей физические потери и, особенно относительные потери, будут больше. В качестве примера можно сравнить две страны: Бельгия и Казахстан. Выбор этих стран обусловлен примерно равным объемом производства электричества. Однако потери в Бельгии и в Казахстане отличаются почти в 2.5 раза. Эти особенности электроснабжения в Казахстане вызывают увеличенные потери в сетях при транспортировании и распределении [5].

Такая ситуация требует комплексного системного подхода, а не спонтанных точечных решений. Необходима тщательно продуманная и рассчитанная на длительную перспективу государственная инновационная политика в сфере энергообеспечения сельскохозяйственных территорий. Вышеприведенные данные в основном отражали только централизованные энергопоставки, которыми существующую проблему пытаются, как видно из вышеприведенных данных, решить силами энергогенерирующих компаний. Но этот путь наиболее затратный, долговременный и далеко не оптимальный. Например, в сетевой электроэнергетике реальность такова, что утрачено управление техническим прогрессом, демонтированы рычаги воздействия и механизмы контроля. Произошло вымывание научно-технического потенциала. Проблема инновационного развития оказалась переложенной на частный бизнес, который ни морально, ни профессионально не готов продуцировать прогрессивные идеи и возглавлять прорывные направления [1]. Решение этой задачи нами видится в оптимальной комбинации централизованного энергоснабжения с автономными локальными энергоисточниками, которые могут включать в себя как традиционное энергогенерирующее оборудование, работающее на твердом, жидком и газовом топливе, так и возобновляемые источники энергии.

Возобновляемые источники энергии в течение последних лет рассматриваются Казахстаном в качестве одного из векторов развития энергетического комплекса. Об этом свидетельствует и усиление внимания к процессу их внедрения со стороны государства и ряда бизнес-структур. Однако формирование устойчивого комплекса ВИЭ в Казахстане обусловливает значительные финансовые вливания при непосредственном участии государства, без которых возобновляемая энергетика останется фактически на нулевом уровне. Одновременно потребителями проявляется повышенный интерес и к традиционному энергогенерирующему оборудованию, работающему на жидком и газовом топливе, которое в настоящее время получило свое дальнейшее инновационное развитие в связи с использованием его в сочетании с возобновляемыми источниками энергии, и особенно с ВИЭ, независимыми от климатических условий и географического положения мест их установки. Такой поход позволяет комплексным установкам увеличить КПД и повысить коэффициент преобразования энергии углеводородного топлива. Работы в этом направлении актуальны и представляют значительный научный и практический интерес и ведутся во многих странах [6], в том числе и авторами этой статьи.

Очевидно, что цена киловатта, произведённого на ветро- или фотоэлектрической станциях, на генераторах, работающих на жидком или газовом топливе, будут разниться для каждого конкретного объекта и будет приемлема или нет в зависимости от стоимости инфраструктурной части, электрических линий от электроподстанций до точки подключения, определяемой владельцем сети, качеством подъездных дорог.

Исследования ветроэнергетического потенциала по регионам Казахстана, проведённые в рамках проекта Программы развития ООН по ветроэнергетике, показали наличие хорошего ветрового потенциала для строительства ВЭС в южной зоне (Алматинская, Жамбылская, Южно-Казахстанская области), западной (Мангистауская и Атырауская области), северной (Акмолинская область) и центральной (Карагандинская область) зонах [5,7]. Но оказывается, не всегда наличие хорошего ветропотенциала приводит к строительству ветрогенераторов. Например, почему в Джунгарский коридор не идут инвесторы? Потому что для выдачи мощности необходимо осуществить сетевое строительство, превосходящее по стоимости строительство генерирующих мощностей. Таких примеров достаточно. Все это можно отнести и к фотоэлектрическим станциям. Следовательно, рассчитывать на полное замещение энергопотребления удаленных объектов за счет ветроэнергетических установок (ВЭУ) и фотоэлектрических станций (ФЭС) не только в настоящее время, но и в ближайшие 15-20 лет, по известным причинам, не представляется возможным для большинства регионов Республики.

Поэтому необходимо выявление потенциальных зон для децентрализованного электроснабжения - территорий, удаленных на значительные расстояния от центров питания, с дислокацией малопродуктивных хозяйств и малочисленным населением. Для них необходимо выработать предложения по организации их электроснабжения [7,8].

Задачу теплоснабжения необходимо решать также многопланово, не отрывая его от электроснабжения. Особенно это актуально при создании автономных энергосистем, для которых включение ВИЭ может оказаться наиболее экономически выгодным. Например, использование биогаза, сжиженного газа, малых ГЭС, тепловых насосов, тригенерационных установок и др. оборудования , работающего частично или полностью на ВИЭ [10].

Как уже отмечалось, сочетание энергогенерирующего оборудования, работающего на жидком и газовом топливе с возобновляемыми источниками энергии, позволяет выйти на создание современной высокотехнологичной альтернативы существующим энергоисточникам для автономного энергоснабжения, позволяющей существенно снизить удельные затраты первичного топлива на производство тепловой энергии. Так, за счет вовлечения низкопотенциальных источников тепла (НИТ) можно обеспечить качественное энергоснабжение автономных объектов и снизить удельные затраты первичного топлива в 3-5 раз. В результате мы будем иметь следующие преимущества:

- высокая энергетическая эффективность, недостижимая в существующих системах энергоснабжения;

- обеспечение качественного энергоснабжения удаленных объектов (ЖКХ, фермерские хозяйства, технические объекты, промышленные предприятия) ;

- многократное снижение выбросов парниковых газов;

- простота интеграции с дополнительными генерирующими мощностями на основе возобновляемых источников энергии (ветроэлектрические и фотоэлектрические станции, микро ГЕС т.п.), с любой степенью замещения;

- независимость энергоснабжения от погодных и климатических условий при использовании низкопотенциального тепла верхних слоев земли;

- возможность адаптации к широкому спектру первичных топлив: природный газ, сжиженный газ, дизельное и биодизельное топливо.

Поэтому производство подобного оборудования в Казахстане и широкое применение его для автономных энергосистем предлагается рассматривать как одно из базовых направлений развития энергоснабжения территорий сельских населенных пунктов. Идя по этому пути, мы параллельно будем способствовать созданию отечественного машиностроения и повышению казахстанского содержания в машиностроительной отрасли. Такой подход позволит создать устойчивое и надежное комплексное энергообеспечение автономных объектов, что приведет к повышению качества жизни населения удаленных и сельских районов, к существенному снижению потребления ископаемых топлив (пропорциональное снижение выбросов парниковых газов) с возможностью дальнейшего его понижения, по мере вовлечения других возобновляемых источников энергии;

- увеличение производства тепловой энергии на единицу ископаемого топлива в 3ч5 раз (по сравнению с наиболее эффективными топливосжигающими котлами) за счет вовлечения неисчерпаемых низкопотенциальных источников тепла;

- увеличение производства электроэнергии на единицу ископаемого топлива в 1,5ч2 раза за счет сведения к минимуму транспортных потерь;

- повышение производительности труда на объектах сельского хозяйства благодаря надежному теплу и электроснабжению, снижению потерь сельскохозяйственной продукции благодаря простоте и доступности дешевого холода для холодильных камер;

- повышение производительности труда в энергоснабжающих организациях, так как предлагаемые энергоустановки выполняется в необслуживаемом (малообслуживаемом) исполнении.

В настоящее время, при отсутствии централизованного энергоснабжения, энергоснабжение, как правило, обеспечивается за счет генераторных станций на основе дизельных двигателей осуществляющих моногенрацию электроэнергии. Энергетическая эффективность таких систем обычно не превышает 30%. При этом остальная энергии топлива рассеивается в окружающей среде.

Существенным прогрессом можно считать применение когенерационных систем, в которых утилизируется тепло, выделяемое двигателями внутреннего сгорания, в целях теплоснабжения. В настоящее время рядом компаний производятся когенерационные установки, работающие на газообразном и/или жидком топливе в достаточно широком спектре мощностей. Известны агрегаты с единичной мощностью от 5 кВт до 5 МВт и более. Такие установки применяются в качестве теплоэнергетического оборудования при создании микро/мини ТЭЦ, позволяющие решать задачу комплексного тепла и электроснабжения, начиная с одноквартирного дома до жилого района или промышленного предприятия.

Алматинский университет энергетики и связи на протяжении ряда лет также ведет научно - прикладные исследования в этом направлении, целью которых является создание нового поколения энергогенерирующего оборудования для комплексного автономного энергоснабжения СНП удаленных объектов и предпосылок для его промышленного производства и широкого применения в регионах республики.

Список литературы

энергетический сельский возобновляемый автономный

1.Трофимов А., Рабинович М. Распределительные сети - наиболее проблемный и затратный фактор электроснабжения сельских территорий // Журнал Энергетика. - 2011. - №2 (37) май.

2.Государственная программа развития сельских территорий Республики Казахстан на 2004-2010 годы.

3 Парамонов С.Г., Аршидинов М.М. Формирование графиков электрических нагрузок фермерских хозяйств с учетом электрификации тепловых процессов // Вестник АУЭС. - 2008. - №3.

4 Трофимов Г. Актуальные проблемы энергетической отрасли республики Казахстан // Журнал Энергетика. - 2010. - №3 (34) август.

5 Алияров Б.К., Алиярова М.Б. Источники и уровни потерь энергии при транспортировании // Аналитические исследование Казахстан: энергетическая безопасность, энергетическая эффективность и устойчивость развития энергетики (состояние и перспективы). - 2010.

6 J.L. Mнgues, S. Murillo, J. Porteiro, L.M. Lуpez Feasibility of a new domestic CHP trigeneration with heat pump: I. Design and development E.T.S. Ingenieros Industriales, Universidad de Vigo, Campus Lagoas-Marcosende, 36200 Vigo, Spain Received 17 November 2003; accepted 9 January 2004.

7 Маринушкин Б., Трофимов А. К генеральной схеме развития ветроэнергетики в Казахстане // Журнал Энергетика. - 2012. - №2 (41) май.

8 Болотов А., Болотов С., Школьник В., Цацин Д., Бакенов К. Ветроэнергетика автономная, системная, масштабы, инновации // Журнал Энергетика. - 2012. - №3 (42) август.

Размещено на Allbest.ru