• В прошлом номере журнала («Новости ЭлектроТехники» № 5(35) 2005) специалисты Военного инженерно-технического университета начали разговор о задачах российской малой энергетики, её роли в обеспечении энергетической безопасности страны, возможностях в повышении надежности энергообеспечения в тех районах, где нет объектов большой энергетики.
  Сегодня авторы рассматривают особенности применения средств малой энергетики в зонах централизованного энергоснабжения, а также рассуждают о нетрадиционных источниках электроэнергии и путях совершенствования технического уровня небольших электроустановок.

Малая энергетика России
Классификация, задачи, применение

Зоны централизованного энергоснабжения
Говоря о роли малой энергетики в повышении надежности электроснабжения в зонах централизованной энергетики, необходимо отметить, что надежность электроснабжения снижается по мере удаления от центров питания энергосистемы вследствие логически последовательного соединения основных ее элементов. Достаточно появиться одному ненадежному элементу в этой последовательной цепочке, и надежность снабжения всех стоящих за ним потребителей существенно уменьшается. Поэтому особенно опасны слабые звенья в голове последовательной цепи.
Главным средством повышения надежности является структурное резервирование. Обеспечить резерв на высших звеньях системы электроснабжения, то есть построить новую мощную электростанцию или системную линию электропередачи и т.п., сложно, дорого и долго. Это особенно проявляется в современных условиях резкого недостатка инвестиций, стремления получить малые сроки окупаемости вложенных капиталов.
Поднять надежность электроснабжения отдельного потребителя (объекта городской инфраструктуры, предприятия, района и т.п.) существенно проще, дешевле и быстрее. Вот тут-то и появляется место для средств малой энергетики. Резервная электростанция или даже резервный электроагрегат в локальной зоне, требующей повышенной надежности, легко решает эту задачу. Такая электростанция или агрегат обеспечивает то, что в теории надежности называют общим резервированием, когда замещается вся внешняя система электроснабжения, а вероятность отказа в рассматриваемой зоне снижается на порядки. Необходимые инвестиции, сроки строительства и окупаемости в этом случае резко сокращаются. Подобное строительство по силам самим объектам электроснабжения, предприятиям и другим потребителям, требующим повышенной надежности.
Приоритетными требованиями к резервным электростанциям являются требования надежности, компактности, быстроты пуска и приема нагрузки, простоты эксплуатации и длительной работы без обслуживания, высокой степени автоматизации. Высокие требования по сроку службы и экономичности (удельному расходу топлива) к ним не предъявляются, поскольку такие станции работают не постоянно, число часов их использования в году находится в пределах от нескольких десятков до нескольких сотен.
Изложенная в первой части статьи, опубликованной в прошлом номере журнала, общая концепция энергетической безопасности (ЭБ) позволяет выявить и роль резервных электростанций в обеспечении ЭБ. Очевидно, что в зонах централизованного энергоснабжения роль малой энергетики ограничена главным образом локальным уровнем и связана с критическими и чрезвычайными ситуациями, когда необходимо обеспечить минимальные потребности в энергии наиболее важных и ответственных потребителей. Наличие на ответственных объектах резервной электростанции ограниченной мощности, обеспечивающей наиболее важные нужды объекта, многократно повысит надежность и живучесть электроснабжения, т.е. повысит существенно его энергетическую безопасность.
Характеристики электростанций для резервного и аварийного электроснабжения приведены в табл. 1.

Об эффективности малой энергетики
В ряде случаев малые электростанции (прежде всего газодизельные и газопоршневые), работающие в режиме мини-ТЭЦ и вырабатывающие как электрическую, так и тепловую энергию, по своим технико-экономическим показателям могут конкурировать с системами централизованного энергоснабжениея. Коэффициент полезного действия таких станций существенно выше, чем у крупных ТЭЦ: энергия вырабатывается непосредственно в районе потребления, соответственно потери энергии при транспортировке существенно снижаются. В результате стоимость энергии становится ниже, чем в централизованных системах.
Следует особо подчеркнуть, что обеспечение высокой экономичности мини-ТЭЦ связано с гармонизацией режимов производства и потребления как электрической, так и тепловой энергии, что часто является непростой задачей. Но современный прогресс в области малой энергетики, постоянное снижение себестоимости производимой ею энергии облегчает решение этой задачи.
Постоянное повышение платы за подключение к централизованным сетям или за увеличение отпускаемой ими мощности подталкивает потребителей к строительству собственных источников энергии. В интересах обеспечения экономической эффективности, окупаемости вложенных в резервное электроснабжение объектов средств необходимо, вероятно, использовать протекционистский режим работы резервных электростанций. Для этого необходимо законодательно определить, как это сделано в ряде зарубежных стран, возможность свободной продажи электроэнергии централизованным энергетическим системам (когда она в избытке на объекте) и покупки ее в этих системах (когда на объекте дефицит энергии). Такие отношения купли-продажи должны быть привлекательными для производителя энергии малой мощности. Производимая им электроэнергия должна покупаться у него по выгодной для него цене и в то же время не наносить ущерба централизованной системе.

Новые и нетрадиционные источники электроэнергии
В большинстве индустриально развитых стран из года в год возрастает интерес к использованию новых и нетрадиционных источников электроэнергии. Среди нетрадиционных методов получения электроэнергии особое внимание привлекают методы преобразования в электроэнергию возобновляемых энергоресурсов. Основанные на этих методах источники электроэнергии принято называть нетрадиционными возобновляемыми источниками электроэнергии (НВИЭ). К НВИЭ сегодня принято относить и малые ГЭС, хотя, казалось бы, ничего более традиционного в энергетике, чем ГЭС, нет, а энергия воды используется человечеством с незапамятных времен. Обусловлено это тем, что малая гидроэнергетика, сравнительно недавно широко распространенная в нашей стране, сейчас находится в упадке.
Не касаясь в деталях состояния и перспектив развития НВИЭ, отметим, что, несмотря на большой интерес к НВИЭ, внедрение их в практику идет медленно. Обусловлено это такими особенностями НВИЭ, как непостоянство мощности, малая плотность первичной энергии, низкий её потенциал. Следствием этих особенностей НВИЭ является их небольшая по сравнению с традиционными источниками экономическая эффективность. Приведенный группой международных экспертов анализ показывает, что даже в относительно отдаленной перспективе (2010–2020 гг.) с традиционной энергетикой смогут конкурировать только некоторые НВИЭ, в частности малые ГЭС, геотермальные электростанции на ближнем тепле (на горячих источниках и гейзерах) и наземные ветроэлектростанции. Именно эти НВИЭ должны рассматриваться как приоритетные для первоочередного развития и внедрения в практику.
Для других НВИЭ необходимо изыскивать особые сферы применения, в которых могут эффективно использоваться их специальные свойства.
Отметим также, что для зон децентрализованного электроснабжения особый интерес представляют комбинированные установки, сочетающие в себе НВИЭ (прежде всего ветроэлектростанции и малые ГЭС) с дизельными электростанциями. Комбинация НВИЭ и ДЭУ будет экономически оправдана в том случае, если расчетные затраты на НВИЭ будут сопоставимы со стоимостью сэкономленного топлива и моторесурса ДЭС. Чем больше часов в году работает НВИЭ, тем больше экономия топлива ДЭС и тем меньше расходы на ремонт. Чем дороже сэкономленное топливо (включая и расходы на его транспорт), чем дороже организация ремонта и замены ДЭУ (например, вследствие удаленности объекта от ремонтных баз), тем эффективнее совместная работа нетрадиционных и традиционных источников энергии.
Современные тенденции резкого удорожания топлива и транспортных расходов могут существенно расширить зоны экономически целесообразного применения комбинированных энергоустановок, в их пользу действуют и современные тенденции развития НВИЭ.

Вопросы технического совершенствования
В связи с изложенным, наряду с проблемами развития и внедрения нетрадиционных источников энергии, пристальное внимание должны привлекать вопросы совершенствования традиционных, прежде всего дизельных, энергоустановок, составляющих, как мы уже говорили, основу малой энергетики.
Современные достижения в электромашиностроении, аппаратостроении, силовой преобразовательной технике, приборостроении, электронике, и особенно в микроэлектронике, могут находить широкое применение в самых различных областях малой энергетики. Большое значение для установок малой энергетики, особенно для комбинированных установок, имеет активно развивающаяся преобразовательная техника. Применение полупроводниковых управляемых выпрямителей, инверторов, преобразователей частоты, бесконтактных тиристорных выключателей, контакторов, переключателей сети, устройств автоматического ввода резерва, токоограничивающих устройств и других элементов современной энергетической электроники открывает широкие возможности для создания адаптивных энергетических комплексов, эффективно использующих все возможные и целесообразные для данных условий виды энергии и роды тока. Большой эффект как в сфере производства, так и особенно в сфере потребления электроэнергии может принести использование частотно-регулируемых электроприводов.
Эффективность малой энергетики может быть также существенно повышена при широком использовании современных средств коммутации, интеллектуальной релейной защиты, приборов учета и контроля, систем автоматического управления и диагностики, базирующихся на микропроцессорных технологиях.
Принципиально важной для малой энергетики является современная тенденция построения адаптивных систем электроснабжения на основе применения блочно-модульных установок. Такой подход позволяет на основе небольшого числа оптимально вы- бранных по типоразмерам и унифицированных блок-модулей различного назначения синтезировать системы с различной структурой и приспосабливать их к конкретным требованиям потребителей. Сочетание блочно-модульного принципа построения систем с контейнеризацией энергоустановок может существенно сократить сроки строительства (монтажа) таких систем, уменьшить сроки окупаемости инвестиций. Работы в этом направлении требуют большего внимания и развития.
Все перечисленные и многие другие новшества электротехники и электроники сегодня широко представлены на российском энергетическом рынке. Но необходимо отметить, что большинство этих разработок создаются на основе зарубежных комплектующих, собираются на наших заводах из поставляемых из-за рубежа элементов и изделий, а еще чаще просто продаются на нашем рынке дилерами иностранных фирм.

Задачи ближайшего будущего
Для развития малой энергетики и для внедрения в практику современных достижений исключительно большое значение имеет экономическая сторона вопроса. Следует иметь в виду, что инвестиции в малую энергетику требуются существенно меньшие, чем в большую, значительно быстрее окупаются, что делает энергоснабжение за счет средств малой энергетики приемлемым для предприятий и организаций с ограниченными финансовыми возможностями.
Однако опыт показывает, что применение новых решений и технологий требует во всех случаях тщательных и объективных технико-экономических обоснований. В противном случае вместо положительного эффекта можно получить экономический ущерб и дискредитировать, как это часто случалось в прошлом, саму идею применения новой энергоэффективной техники. Требуют внимания и вопросы развития нормативно-правовой базы по проектированию и строительству объектов малой энергетики, обеспечению их надежности, живучести и экономической эффективности.
Нужно добиваться на правовой основе создания условий материальной заинтересованности заказчиков, внедряющих в практику новую технику, и фирм, её производящих (налоговые льготы, льготное кредитование, гибкие тарифы, возможность взаимных поставок энергии с региональными и местными энергосистемами и т.п.).
Необходимо подчеркнуть, что комбинированные энергетические установки являются сложными наукоемкими комплексами, требующими оптимизации параметров входящих в них элементов, режимов их работы, способов управления этими режимами. Обеспечение надежной и эффективной работы подобных комплексов невозможно без применения самых современных систем автоматического управления, основанных на использовании информационных технологий.
Для решения этих задач необходимо творческое взаимодействие специалистов различного профиля. Нужно всячески поддерживать создание фирм, способных оказывать инжиниринговые услуги, брать на себя весь комплекс работ по проектированию, комплектованию, строительству и монтажу «под ключ» комбинированных комплексов малой энергетики, а также обеспечивать их постоянное сервисное обслуживание и ремонт.