МАЛАЯ И НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ

Удорожание и сокращение легкодоступных запасов органического топлива на Земле заставляют энергетиков и ученых задумываться о более эффективном использовании для получения электрической и тепловой энергии не только традиционных, но и нетрадиционных энергоресурсов.
В России побудительных мотивов к использованию возобновляемых источников энергии несколько. Прежде всего это истощение невозобновляемых запасов, энергетическая безопасность (централизованные энергосистемы сегодня недостаточно устойчиво обеспечивают потребителей электроэнергией и теплом) и экология (в соответствии с Киотским протоколом, выбросы СО₂ до 2012 года должны оставаться на уровне 1990 года, что предполагает значительное сокращение темпов сжигания органического топлива традиционными методами).
Пришло время российским инженерам глубоко и всесторонне изучить проблемы и оценить потенциал сектора малой и нетрадиционной энергетики. О своем видении перспективных направлений его развития рассказывает Юрий Михайлович Кадыков.

Крупные тепловые, гидравлические и атомные станции, связанные в единую энергетическую систему страны, – вот принцип построения энергетики, заложенный в середине прошлого века и осуществлявшийся на государственном уровне в виде всенародных строек.
Такая энергетическая линия резко затормозила развитие малой энергетики России. Например, к началу 70-х годов были за-крыты или законсервированы почти все малые ГЭС. Солнечным и ветроэнергетическим установкам была отведена роль энергоисточников для отдельных мелких потребителей в запас децентрализованного энергоснабжения.
Конечно, периодически обсуждались проблемы создания и использования возобновляемых и нетрадиционных энергоисточников, отдельными предприятиями изготавливались опытные установки, но до их широкомасштабного производства и внедрения дело не дошло даже в зонах децентрализованного энергоснабжения.
События последних десятилетий породили ряд проблем, решение которых невозможно без пересмотра существующей концепции развития энергетики. К их числу относятся:

• остановка строительства новых крупных АЭС, кроме расширения нескольких действующих;
• отсутствие финансовых средств на строительство крупных электростанций и их недостаток для обеспечения реконструкции действующих;
• постоянное удорожание органического топлива.
• Кроме того, необходимость поиска новых подходов к энергообеспечению потребителей также обусловили:
• усиление хозяйственной самостоятельности субъектов РФ;
• энергодефицитность более чем половины регионов страны при наличии в них тех или иных собственных энергоресурсов;
• резкое повышение требований по защите окружающей среды;
• многочисленность населенных пунктов в зонах децентрализованного энергоснабжения и сложность доставки в эти зоны органического топлива.

Преимущества малой энергетики

• повышение надежности энергоснабжения потребителей и снижение потерь электроэнергии вследствие приближения энергоисточника к потребителю;
• устойчивость к различного рода возмущениям в смежных зонах вследствие их независимости;
• снижение и равномерность распределения нагрузки на окружающую среду;
• использование финансовых средств местных бюджетов, деловых структур и отдельных граждан на создание и сооружение энергообъектов;
• возможность сооружения комплексных энергоисточников на базе солнечных, ветроэнергетических и биогазовых установок, малых ГЭС, а также дизельных, газомоторных и небольших газотурбинных агрегатов в сочетаниях, определяемых наличием местных ресурсов;
• снижение затрат на транспортировку топлива.

• зонный принцип формирования (потребитель, группа потребителей, населенный пункт, административно-территориальная единица);
• принцип взаимонезависимости и взаимодействия с соседними системами.

• малая гидроэнергетика – 125 и 65;
• геотермальная энергия – 2х10¹³ и 115;
• энергия биомассы – 53 и 35;
• энергия ветра – 2000 и 10;
• солнечная энергия – 2300 и 12,5.

Энергетический потенциал рассчитан с учетом использования выпускаемых сегодня типов энергоисточников, совершенствование которых позволит всё в большей степени использовать технический потенциал.
В отдельных регионах России имеются разведанные местные запасы органического топлива (жидкого и газа), так называемые малые месторождения, являющиеся энергоресурсами для дизельных, газомоторных и газотурбинных электростанций.

Ветроэнергетика

Солнечная энергетика

Солнечная энергетика – это энергетика будущего. Основным недостатком солнечной энергии является ее нестабильность и зависимость от времени суток, времен года и состояния атмосферы. Наибольшее практическое применение могут получить фотоэлектрические установки на основе монокристаллического кремния и энергетические установки с термодинамическим циклом преобразования энергии. Мощность фотоэлектрических установок ограничивается несколькими кВт из-за их высокой удельной стоимости вследствие пока еще невысокого коэффициента использования солнечной энергии и необходимости применения для более мощных установок дорогостоящих преобразователей и буферных аккумуляторных батарей.
Такие установки пока используются для электроснабжения отдельных домов, водяных насосов индивидуальных систем водоснабжения, бытовых приборов, холодильников, кондиционеров, систем сигнализации и др., но не могут пока являться основными энергоисточниками локальных систем электроснабжения.
Задачей первостепенной важности является поиск эффективных способов аккумулирования, хранения и транспортировки солнечной энергии. Институт им. Вайцмана в Израиле разработал проект, предусматривающий паровую конверсию метана в химическом реакторе, в котором под воздействием концентрированного солнечного излучения протекает высокотемпературная химическая реакция, поглощающая теплоту. Нагретый газ может храниться или транспортироваться при температуре окружающей среды к месту потребления энергии. Выделяющуюся у потребителя в результате химической реакции теплоту можно использовать для получения пара. Отработанные газы возвращаются к месту приема солнечной энергии.

Малые ГЭС

Сегодня интерес к микро- и малым гидроэлектростанциям (ГЭС) возобновился. Малая ГЭС может быть сооружена даже при дефиците капиталовложений за счет средств частного сектора экономики и небольших предприятий. Такая ГЭС, как правило, не требует сложных гидротехнических сооружений, в частности больших водохранилищ. Отечественными производителями выпускается широкий ряд оборудования для микро- и малых ГЭС на различные параметры водотока мощностью от нескольких сотен Вт до нескольких тысяч кВт. Сегодняшние разработки малых ГЭС характеризуются полной автоматизацией и высокой надежностью.

Энергия биотоплива

В сельской местности источниками загрязнения окружающей среды стали птицефабрики и животноводческие комплексы. Сооружение на них биогазовых энергетических установок и, например, газомоторных электростанций, вместе с решением экологических проблем позволит производить биотопливо, а следовательно, электрическую и тепловую энергию, а также высококачественные удобрения.

Геотермальная энергия

Широкое использование геотермальных источников затруднено тем, что необходимые для теплоснабжения или производства электроэнергии термальные воды находятся либо вдали от потребителей, либо на достаточно большой глубине. В результате их применение связано с затратами, как правило, превышающими затраты на развитие традиционных систем электроснабжения.
Вместе с тем наличие в некоторых регионах страны значительных запасов термальных вод (Камчатка, Северный Кавказ и др.) делает целесообразным сооружение энергоисточников, работающих в составе местных энергосистем или обеспечивающих электроснабжение расположенных вблизи электропотребителей. Специалисты считают, что, если температура геотермальных источников превышает 100ОС, то выгодна генерация электрической энергии на ГеоЭС. Если температура меньше 100ОС, то горячая вода может быть использована для теплоснабжения.

Местное органическое топливо

Предприятиями России выпускается широкий ряд дизель-генераторных агрегатов мощностью от 8 до 6300 кВт, работающих на жидком и на газообразном топливе в стационарном, в том числе контейнерном, переносном и передвижном исполнении. Также производятся газотурбинные установки мощностью от 1,5 до25 МВт на основе авиационных и судовых двигателей, работающих на жидком и газообразном топливе. Дизель-генераторные агрегаты и газотурбинные установки могут быть укомплектованы утилизационными установками, использующими тепло отходящих газов для выработки тепловой энергии.

Комплексные установки

• трех дизель-генераторных агрегатов небольшой (разной) мощности вместо одного агрегата, выбранного на максимальную мощность нагрузки, – на 20% за счет большего снижения экс-плуатационных затрат (включая топливную составляющую) над превышением инвестиций;
• того же варианта с дополнительной установкой буферной аккумуляторной батареи – на 30%;
• нескольких дизель-генераторных агрегатов и ветроэнергетических установок, а также буферной аккумуляторной батареи вместо одного дизель-генераторного агрегата, выбранного на максимальную мощность нагрузки, – на 40%.

Основные направления развития

• использование малых энергоисточников в зависимости от имеющихся местных энергоресурсов;
• преимущественное применение комплексных энергоисточников, использующих различные ресурсы, в том числе и биотопливо;
• осуществление комбинированной выработки электрической и тепловой энергии при использовании энергоисточников на органическом топливе;
• реконструкция неэффективных районных котельных с размещением дизель-генераторных агрегатов или газотурбинных установок для комбинированной выработки электрической и тепловой энергии, с максимальным использованием их помещений и технологических систем;
• основой локальной системы электроснабжения должен являться распределительно-питающий пункт (РПП), включающий энергоисточники, трансформаторную подстанцию и распределительное устройство низкого и высокого напряжения;
• закрытое исполнение РПП контейнерного типа или в помещениях питаемого крупного потребителя в блочно-модульном исполнении;
• осуществление связи локальных систем электроснабжения зон потребителей между собой и с системами более высокого уровня – по линиям 10 кВ, систем остальных зон – по существующим питающим линиям напряжением 35 кВ и выше;
• разработка и освоение производства нового энергетического оборудования, конструкций и установок с использованием новых материалов и технологий, обеспечивающих более высокую надежность и безопасность конструкций, снижение потерь электроэнергии в сетях, минимум затрат на их обслуживание.

Нормативная база

• методических положений по формированию локальных систем энергоснабжения;
• эталонов технико-экономических предложений и обоснований создания локальных систем энергоснабжения;
• методических указаний по обеспечению при проектировании нормативных уровней надежности электроснабжения потребителей;
• норм технологического проектирования локальных систем энергоснабжения;
• рекомендаций по прогнозированию электрических нагрузок и электропотребления;
• ресурсных карт, содержащих информацию об обеспеченности ресурсами региона и его частей в течение года.

Межотраслевой и региональный характер проблемы требует нестандартных решений с привлечением специалистов организаций различных министерств и ведомств.
В первую очередь должна быть разработана Национальная программа развития энергообеспечения потребителей и энергосберегающих технологий в энергетике. Программа должна стать одним из государственных приоритетов и отражать комплекс правовых мер, технических, организационных и финансовых мероприятий в части основных направлений развития, разработок, организации производства оборудования и системы мер государственного и регионального стимулирования.

1. Безруких П.П. Состояние и пути развития малой и нетрадиционной энергетики // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 1997. – № 4.
2. Шурхал В.В. Ветроэнергетическая установка с вертикальным профилем выбора энергии ветров из атмосферы // Вестник. – 2003. – № 3.