• Сегодня: Суббота, Октябрь 21, 2017

Энергия малых форм

Энергия малых форм

Автор:
Иннокентий Андреев
Ведущий редактор журнала «Инженерная защита»


В настоящее время государство сконцентрировало свои усилия на сверхкрупных энергетических инвестициях. При всей необходимости строительства масштабных энергетических объектов, нельзя забывать о развитии малой энергетики, востребованной во многих отдаленных регионах страны.

Обновление

Россия вступает в эпоху обновления инфраструктурных сетей и производственных мощностей. Масштабные работы по новому строительству и модернизации будут выполняться почти по всем инфраструктурным направлениям —  в области строительства автомобильных и железных дорог, месторождений по добыче нефти и газа и средств их транспортировки. Но наиболее проблемной областью является обновление электроэнергетической системы страны, находящейся под всё более возрастающим давлением роста потребления. Несмотря на определённое замедление тема роста энергопотребления, энергетика России всё  также находится в состоянии известного «креста Чубайса» — потребность в энергии постоянно увеличивается, а возможности к её производству сокращаются.

Внимание руководства страны и крупных компаний в основном приковано к масштабным инвестиционным проектам в сфере газовой, угольной и атомной энергетики, а также к строительству наиболее крупных участков энергосетей. Все эти инвестиции определяют сохранение и развитие экономики нашей страны и безусловно являются наиболее важными, однако оставляют в тени достаточно важную тему снабжения энергией удалённых и малых объектов.

Неизбежное демографическое сжатие населения России и стремление молодёжи перебираться в крупные города приведёт к изменениям в системе расселения и экономической географии страны. В ближайшие 20 лет значительная часть малых населённых пунктов перестает существовать. Те же поселения, что продолжать своё существование столкнутся со многими сложностями  — в том числе с не слишком большим вниманием энергетиков и нехваткой государственных средств для поддержку местных энергосистем.

Описанные процессы делают необходимым развитие в стране – как на территориях Русского Севера, Сибири и Дальнего Востока, так и на относительно густозаселённых (по отечественными меркам) землях европейской России – систем малой энергетики автономного или полуавтономного характера.

Способами решения застарелой инфраструктурной проблемы удалённых территорий могут стать как уже испытанные технологии малых и сверхмалых гидроэлектростанций, так и новые технологии комбинированных солнечно-дизельных и ветро-дизельных электростанций, а также разрабатываемые в настоящее время технологии малых атомных электростанций.

Строительство малых энергетических объектов является в высоком смысле «рациональным природопользованием» , устраняющем бесчисленные «чёрные дыры» расходования государственных средств на энергетические субсидии. При строительстве малых электростанций, не потребляющих дорогое привозное топливо, мы отходим от неэффективного заливания проблемы деньгами и переходим к использованию местных природных ресурсов.

Решение вопросов развития малой энергетики будет для российского государства проверкой на способность к действиям нового формата — не традиционным для нашего отчества великим стройкам, а скорее тонкой стимулирующей политике в стиле Европейского Союза. При этом следует отметить, что при «резком старте» стимулирующей политики существует риск создать масштабной рынок под иностранных производителей и проектировщиков.

В настоящее время общая проектная и производственная мощность отечественных игроков в сфере малой гидроэнергетики и тем более ветроэнергетики достаточно мала, и составляет в около 15 проектов в год (начиная с 3-4 года реализации крупной программы). Для решения проблем российской малой энергетики необходимо не только создание, но и качественное проектирование рынка, которое бы позволило российским игрокам постепенно нарастить свои производственные возможности и реализовать новые проекты в сфере малой энергетики своими силами. Грамотное стимулирование позволило бы российским компаниям в перспективе дополнительно усилиться и на мировом рынка строительства малых электростанций.

Энергия малых форм

Малая гидроэнергетика


Определения малых ГЭС
До 10 кВт – Пико ГЭС
До 100 кВ – Микро ГЭС
До 1000 кВт – Мини ГЭС
До 30000 кВт – Малая ГЭС
(при единичной мощности агрегата 5 (10) МВт)


Использование малых ГЭС не является сколько-нибудь серьёзным новшеством для нашей страны. В 1930-1960х годах в СССР были построены тысячи малых гидроэлектростанций. В 1941 г. в сельских населённых пунктах РСФСР функционировало 660 малых ГЭС, общей мощность которых составляла более 330 МВт.

Пик строительства малых ГЭС в СССР пришёлся на 1940-1950е годы, когда в эксплуатацию ежегодно вводилось до тысячи новых гидроэлектростанций. По разным оценкам, на середину 1950х годов в Европейской части РСФСР работало от четырёх до пяти тысяч малых ГЭС.

Однако уже в начале 1950х годов по мере развития крупной энергетики и единой энергетической системы строительство малых гидроэлектростанций фактически остановилось. Эпоха тяготела к гигантскому строительству и малые ГЭС в неё вписывались плохо. Многие малые ГЭС были закрыты, проектирование и изготовление оборудования малой гидроэнергетики было свёрнуто. На 1962 г. в СССР насчитывалось 2665 малых и сверхмалых гидроэлектростанций. В 1980 г. их было уже около 100, а  к моменту распада СССР действовавших малых ГЭС осталось всего 55.

В 1990е годы в стране велось ограниченное строительство малых ГЭС, а к середине 2000х годов интерес к развитию малых ГЭС значительно увеличился. Нарастающий дефицит электроэнергии и дороговизна подключения к сетям централизованного энергоснабжения значительно улучшили окупаемость малых ГЭС. Тем не менее, значительный потенциал использования малых и сверхмалых электростанций используется на сегодняшний день в недостаточной степени, к чему есть целый ряд причин.

Энергия малых форм

В  принципе, у малой гидроэнергетики есть два основных конкурента, разделённых географически. На удалённых территориях, не подключённых к единой энергетической сети малая гидроэнергетика конкурирует с дизельными электростанциями, топливо для которых субсидируется государством. Дизельные электростанции значительно дешевле в строительстве, однако намного менее эффективны в эксплуатации — особенно на удалённых территориях, для которых литр дизельного топлива может быть «золотым».

Тем не менее, местные администрации зачастую не слишком горят желанием потерять источник субсидий от государства. Региональные же власти зачастую слабо заинтересованы в какой-либо экономии и приложении значительных усилий к капитальному строительству в отдалённых зонах. Какие-либо механизмы экономического стимулирования к переходу на наиболее дешёвому, хоть и требующему капитального строительства, источнику энергии в настоящее время не действуют.

В зонах централизованного энергоснабжения малая гидроэнергетика конкурирует с энергией представляемой крупными электростанциями. И главным ограничением для развития строительства малых ГЭС на рыночной основе в относительно освоенных территориях является сложность получения банковских кредитов — срок окупаемости малых и мини-ГЭС в зонах централизованного энергоснабжения составляет 7-10 лет (по оценке компании ИНСЭТ). В российских условиях банки крайне неохотно идут на выдачу столь «длинных денег»,  а государственные субсидии в основном связаны с крупными объектами, мощность которых составляет сотни мегаватт. Следует отметить, что проблема «длинных денег» является бедой всех секторов российской экономики, и вряд ли будет устранена государством лишь ради малой гидроэнергетики.

В настоящий момент, по отзывам участников рынка, в рыночном формате существует преимущественно сегмент пико-ГЭС (3-10 кВт), строительство которых  может быть по карману частным лицам и возможно без привлечения кредитных ресурсов. Среди проектов малых ГЭС наиболее экономически эффективным является строительство на базе выведенных из эксплуатации старых советских мощностей. Так компанией «Нордгидро» была восстановлена малая ГЭС «Ляскеля» в республике Карелия. При восстановлении электростанции использовалось отечественное оборудование производства «МНТО ИНСЭТ».

Основной надеждой для отрасли может стать развитие государственных программ стимулирования строительства малых гидроэлектростанций на удалённых территориях — т.к. основным выгодополучателем от сокращения субсидирования дизельного топлива является само государство.

Особенно сильно эта выгода может проявиться в снабжении отдалённых территорий Дальнего Востока — огромные расстояния и транспортная изолированность которого делают снабжение энергоресурсами крайне затратным делом. Необходимо отметить, что Дальний Восток — один из наиболее перспективных регионов страны с  точки зрения потенциала малых рек.

Энергия малых форм


Экспертное мнение
Директор МНТО ИНСЭТ Яков Бляшко:
Потенциальный спрос на локальную гидроэнергетику огромен — 2/3 страны не имеет централизованного энергоснабжения, огромные территории находятся в зоне ненадёжного энергоснабжения. В некоторых отдалённых населённых пунктах цена на электроэнергию доходит до астрономических 100 рублей за киловатт/час.
В то же время, говорить о рынке малых гидроэлектростанций в России практически не приходится. В России существует «рынок продавца» — несколько организаций способны вести разработку проектов малых ГЭС — однако спрос достаточно мал. Срок окупаемости малой ГЭС составляет 7-10 лет. Частным организациям это не потянуть — банки не дадут кредит под такой проект. Практически все реализованные проекты в сфере строительства новых малых ГЭС осуществлялись на государственные средства.
При этом сегмент пико-гидроэнергетики является вполне рыночным — электростанции мощностью 3-10 кВт для обеспечения загородного дома или небольшой фермы вполне может заказать частное лицо не прибегая к кредитным средствам.
Ситуация в строительстве малых ГЭС может измениться, если государство облегчит доступ к заёмным средствам для проектов в сфере малой энергетики и объявит о постепенном отказе от политики субсидирования закупок дизельного топлива.


Энергия ветра, солнца … и дизеля

Гибридные ветро-дизельные и солнечно-дизельные электростанции являются интересным способом внедрения возобновляемой энергии ветра и солнца без традиционной для европейского способа внедрения ВИЭ проблемы нестабильности подачи энергии.

Для России использование энергии ветра и солнца является не способом выполнения каких-либо мифических глобальных экологических целей вроде сокращения выбросов парниковых газов, а способом оптимизации использования ресурсов. Использование энергии ветра и солнца достаточно дорого — и никогда не будет дешевле чем сжигание угля или использование энергии ядерного распада — однако в зонах децентрализованного энергоснабжения, ветряные и солнечные энергетические установки могут позволить значительно сократить потребление дизельного топлива и оптимизировать затраты.

Энергия малых форм

Суровые условия Дальнего Востока значительно осложняют выработку электроэнергии при помощи возобновляемых источников энергии (за исключением геотермальных электростанций, успешно эксплуатируемых на Камчатке). Природные ресурсы — солнце и ветер — присутствуют в регионе в большом количестве — например, в Якутии довольно много солнца, однако зимой световой день длится всего 6 часов, а на побережье, несмотря на сильные ветры случаются весьма длительные периоды затишья.

Однако несмотря на всё это ветровые и солнечные установки окупаются — так производство и доставка дизельного топлива делают электроэнергию крайне дорогостоящей в отдалённых Дальнего Востока. Несмотря на то, что киловатт установленной мощности солнечной электростанции дороже дизельной установки в полтора раза, а киловатт ветроэнергетической установки дороже в 2-3 раза, расходы на установку дополнительных солнечных или ветровых установок окупаются за 7-10 лет.


В целом окупаемость использования ВИЭ увеличивается по мере удаления от транспортных путей, прямо пропорционально увеличению стоимости доставки дизельного топлива


В настоящее время «Передвижная энергетика» — дочерняя компания РАО «ЭС Востока» планирует установку более 60 ветряков в составе ветро-дизельных малых электростанций. Общая мощность планируемых инвестиций составляет более 16 МВт. Экономический смысл реализация таких проектов имеет даже в энергопрофицитных регионах, таких как Иркутская область.

Малая атомная энергетика

Строительство АЭС для нужд изолированных и региональных энергосистем является давней мечтой сторонников развития атомной энергетики. В настоящее время в мире существуют многочисленные проекты малых и сверхмалых реакторов, начиная от откровенно футуристических проектов «реактора в каждый подвал» — в этой области преуспели американцы, не создав, в прочем ни одного прототипа в «металле» — до вполне реальных в обозримом будущем проектов реакторов мощностью от 50 до 300 МВт.

Малые АЭС также не являются чем-либо принципиально новым. Так в России существует Билибинская АЭС, общей мощностью 48 МВт, поставляющая более 2/3 энергии, вырабатываемых в изолированной Чаун-Билибинской энергосистеме и полностью обеспечивающая город Билибино как электрической, так и тепловой энергией. В 1950-1970х США использовали малые атомные реакторы для тепло- и энергоснабжения военных баз в арктических регионах.


Экспертное мнение
Эксперт атомной отрасли Сергей Погляд:
Арктические реакторы были разработаны в СССР достаточно давно. Так, в НИИ атомных реакторов (НИИАР) эксплуатировался АРБУС – АРктическая Блочная УСтановка – компактный реактор на органическом теплоносителе. Для Билибинской АЭС были созданы реакторы ЭГП-6. Существовал даже проект передвижной АЭС «Памир». Иными словами задел в области реакторов для Заполярья большой, и отечественная промышленность может их создать.
Ключевым фактором, определяющим выбор конкретного направления, является размер структуры-заказчика. Для крупных портов или комбинатов подойдёт ВК-50 (который, кстати, уже более полувека отапливает добрую половину Димитровграда), если заказчик обладает инфраструктурной меньшего размере то необходимы установки «Унитерм». В принципе, для тепло и энергоснабжения сверхмалых объектов применимы радиоизотпные термоэлектрические генераторы (РИТЭГи) работающие на радиоактивных отходах от отработанного ядерного топлива.
Ограничивающим фактором проекта ПАТЭС является достаточно сложная и дорогая береговая инфраструктура передачи тепла. Это формирует парадокс — ПАТЭС нужны береговые комплексы, которые не нужны без ПАТЭС. В рамках плановой экономики этот вопрос решался просто, в рамках же экономики рыночной его решение проблематично.


В настоящее время развитии технологий малой атомной энергетики (основанной на реакторах малой и средней мощности) Россия является одним из мировых лидеров. В стране существует целая линейка реакторов, способных работать в малом формате — СВБР-10/СВБР-100, ВБЭР, КЛТ-40, ВК-50 и ряд других.

Энергия малых форм

Одним из наиболее развитых направлений на сегодняшний день является линейка реакторов СВБР (свинцово-висмутовые быстрые реакторы). В настоящее время в городе Димитровград (Ульяновская область) госпорацией Росатом и компанией АКМЭ-инжиниринг реализуется проект атомной электростанции с реактором СВБР-100. В случае постройки, Димитровградская АЭС может стать первым реализованным проектом создания малой АЭС с частным участием. Введение димитровградской АЭС в строй по проекту намечено на 2018 год, однако из-за финансовых осложнений происходит задержка с началом строительства, в силу чего надеяться на введение АЭС в эксплуатацию можно скорее к 2020му году.

Другим уникальным проектом российской атомной отрасли является строящаяся плавучая атомная электростанция «Академик Ломоносов».  Использование плавучих реакторов опять же не является инновацией — в 1968-1976 годах американская плавучая АЭС MH-1A мощностью  10 МВт использовалась для снабжения электроэнергией Панамского канала. Россия сегодня владеет крупнейшим в мире атомным ледокольным флотом и обладает наибольшим опытом эксплуатации плавучих реакторов.

«Академик Ломоносов» будет обладать двумя реакторами КЛТ-40. Электрическая мощность каждого реактора составит 35 МВт, а тепловая — 140 гигакалорий в час. Среди возможных мест эксплуатации ПАТЭС называются  порты Певек и Вилючинск. Введение в строй плавучей АЭС намечено на 2016 год.


Значительный стимул для развития малой атомной энергетики даёт военно-экономическое освоение Арктики и развитие Северного Морского пути


По заявлению заместителя генерального директора госкорпорации Вячеслава Першукова, Росатом готов обеспечить новые военные объекты и жилые посёлки модульными атомными установками для выработки электроэнергии и тепла на основе реактора ВК-50.

Несмотря на активную работу в сфере малых АЭС, как размещаемых на стандартных площадках, так и на базе кораблей, значительное развитие использования атомной энергии для снабжения малых энергосистем является реальным в 2020-2030х годах и будет к обеспечению объектов стратегической значимости – военных баз и сверхкрупных проектов по добыче углеводородов.

Перспективы

Наиболее сложным моментом развития малой энергетики в России является осуществление плавного и заблаговременного перехода к активному строительству малых электростанций, и отказ от традиционной кампанещины с нереально большими целями.

Россия обладает колоссальным потенциалом развития рынка малой энергетики, и этот рынок неизбежно будет развиваться по мере нарастания проблем в крупной генерации. Необходимо чтобы большая часть этого потенциала была освоена именно отечественными компаниями, а не заставлена использованной европейской или новой китайской продукцией.

Иннокентий Андреев

innokenty.andreev@gmail.com

_____

Аналитик группы "Конструирование будущего"
Ведущий редактор журнала "Инженерная защита"