Содержание к диссертации
Введение
1 Обоснование объективной необходимости развития региональных комплексов электроснабжения по пути распределенной генерации . 11
1.1 Актуальные вопросы развития территориальных комплексов электроснабжения 11
1.2 Развитие возобновляемых источников электроэнергии и распределенной генерации с участием потребителей в мире 17
1.3 Характеристика географии, экономики и топливно-энергетического комплекса Белгородской области 30
2. Математический аппарат прогнозирования электропотребления и оптимизации сложных систем 34
2.1 Ценологический анализ сообществ-систем 34
2.2 Методы прогнозирования электропотребления региона 38
2.3 Применение -распределений для анализа населенных пунктов региона 42
2.4 Выбор установленной мощности собственных источников электроэнергии в населенных пунктах 45
3. Методика оптимизации региональной системы электроснабжения Белгородской области 50
3.1 Прогнозирование электропотребления региона 50
3.2 Ценологический анализ населенных пунктов региона и источников электроэнергии в регионе 58
3.3 Сравнение параметрических распределений по выработке и потреблению электроэнергии в регионе 64
3.4 Подходы к вводу новых генерирующих мощностей 71
4 Способы реализации методики электроснабжения и требования к системе учета 77
4.1 Расчеты потенциала источников электроэнергии в регионе 77
4.2 Выбор генерирующих установок для внедрения распределенной генерации в Белгородской области 92
4.3 Распределение выработанной новыми источниками электроэнергии по населенным пунктам Белгородской области 96
Заключение 106
Литература 108
- Развитие возобновляемых источников электроэнергии и распределенной генерации с участием потребителей в мире
- Применение -распределений для анализа населенных пунктов региона
- Ценологический анализ населенных пунктов региона и источников электроэнергии в регионе
- Выбор генерирующих установок для внедрения распределенной генерации в Белгородской области
Введение к работе
Актуальность работы.ЭнергетическаяСтратегия РФ до 2030 г. ставит цель максимально эффективного использования природных энергетических ресурсов и потенциала энергетического сектора для устойчивого роста экономики, повышения качества жизни населения страны.Сейчас около половины регионов страны являются энергодефицитными. В 2011 году из 71 региона рейтинга энергодостаточности «РИА Рейтинг», 51 являлся энергодефицитным и только 20 регионов производили электроэнергию не только для себя, но и для других областей, ввиду наличия на их территории крупных ГРЭС, ГЭС и АЭС. Энергодефицитность, ограничения на подключение потребителей к сетям являются значительными факторами, лимитирующими рост экономики. Стратегия в числе мер государственной энергетической политики указывает создание благоприятной экономической среды. В том числе стимулирование и создание условий для внедрения экологически чистых энергоэффективных и ресурсосберегающих технологий, расширения производства электрической и тепловой энергии на основе возобновляемых источников энергии, диверсификацию топливно-энергетического баланса страны, повышение уровня энергетической безопасности и надежности энергоснабжения за счет увеличения уровня его децентрализации.
Целью региональной энергетической политики, согласно Стратегии,является создание устойчивой и способной к саморегулированию системы обеспечения региональной энергетической безопасности с учетом оптимизации территориальной структуры производства и потребления топливно-энергетических ресурсов. Проведение региональной энергетической политики на территории России, должно учитывать специфику регионов страны, различные природно-климатические и социально-экономические условия. Среди проблем региональных энергетических комплексов выделяетсязначительный уровень диспропорций между обеспеченностью регионов энергоресурсами и структурой их потребления,недостаточное развитие малой энергетики и низкая вовлеченность в энергобалансы местных источников энергии регионального и локального значения.
В связи с этим является актуальным вопрос оценки потенциала выработки энергии на основе местныхнетрадиционных и возобновляемых источников с учетом инфраструктурных, производственно-экономических и географических особенностей каждого региона. Для повышения надежности электроснабжения потребителей, энергосбережения и диверсификации энергетических ресурсов,целесообразно провести ревизиюпроизводственных процессов хозяйствующих субъектов в регионе на предмет наличия потенциала выработки электроэнергии с учетом современного уровня инноваций и развития технологий. Вовлечение потребителей электроэнергии в процесс применения возобновляемых и вторичных энергоресурсов для полного или частичного обеспечения своих потребностей является общемировым трендом.
Цель работы. Разработка инновационной методики обеспечения надежного электроснабжения, в том числе жителей и бизнеса в малых населенных пунктах, посредством модернизации существующих технологических циклов потребителей и внедрения источников энергии на местных и возобновляемых ресурсах.
В соответствии с поставленной целью в диссертационной работесформулированы и последовательно решены следующиезадачи:
-
Анализ изменения электропотребления региона и прогноз на среднесрочную перспективу;
-
Определение структуры распределенных собственных источников электроэнергии в населенных пунктах региона, отвечающей потребностям существующей структуры электропотребления;
-
Выявление потенциальных точек роста выработки электроэнергии на территории региона, с повышением эффективности использования первичных ресурсов, использованием местных возобновляемых и невозобновляемых природных ресурсов, и традиционных производственных циклов предприятий и организаций (вторичные источники и когенерация);
-
Формирование критерия целесообразности автономной и параллельной с сетью работы электротехнических комплексов потребителей;
-
Разработка методов повышения энергоэффективности и энергобезопасности электротехнического комплекса региона,и достижение целевых показателей Энергетической Стратегии 2030 по возобновляемым источникам (4,5% отвеличины электропотребления должно вырабатываться на основе ВИЭ).
Методы исследования включают в себя методы прогнозирования временных рядов, ценологический подход к системам, состоящим из элементов со слабыми взаимными связями, структурно-топологический анализ сложных систем во времени, методы расчета энергетических балансов и объема выработки электроэнергии, применительно к существующим в регионе технологическим цепочками предлагаемым направлениям их модернизации.
Научная новизна работы состоит в разработке инновационной методики полной электрификации отдельных регионов Российской Федерации (на примере Белгородской области) на основе предлагаемых электротехнических комплексов генерации и электрических сетей, обеспечивающих бесперебойное электроснабжение от традиционных и возобновляемых источников энергии для конечных потребителей в каждом населенном пункте.
Теоретическая значимость работы заключается в универсальности разработанной методики построения региональной системы электроснабжения на основе собственных источников электроэнергии в составе электротехнических комплексов потребителей, согласованных со структурой электропотребления для любого региона России.
Практическая значимость работы состоит в применении разработанной методики к системе электроснабжения потребителей одного из наиболее энергодефицитных регионов России, Белгородской области, с учетом инфраструктурных, производственно-экономических и географических особенностей. Применение результатов работы позволит создать ориентированную на потребителя структуру систем электроснабжения всех регионов, повысить уровень диверсификации первичных энергоресурсов и национальной энергетической безопасности.
Степень достоверности. Достоверность исследования обеспечивается корректным применением научных методов, расчетов, сбором информации из достоверных и компетентных источников, обоснованностью принимаемых допущений, сопоставимостью результатов и выводов с существующими научными положениями.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Структурно-топологический анализ региона и прогноз электропотребления Белгородской области на среднесрочную перспективу;
-
Сформированы предложения по построению структуры региональной системы электроснабжения на основе параллельной с сетью и автономной работы собственных генерирующих мощностей потребителей в населенных пунктах в соответствии с существующей структурой электропотребления;
-
Выявлены факторы роста выработки электроэнергии в регионе и произведены расчеты объемов дополнительной генерации с применением малой распределенной генерации за счет предлагаемых преобразований региональной системы электроснабжения, основой которых являются когенерационные, биогазовые установки, возобновляемые и вторичные источники энергии в составе электроустановок потребителей;
-
Предложен критерий оценки целесообразности автономного и параллельного с сетью электроснабжения потребителей и выбраны схемы присоединения источников;
-
Принципы повышенияэнергобезопасности и энергоэффективности электротехнического комплекса региона, сформулированные в работе,позволяют повысить категорию по надежности электроснабжения потребителей в малых поселениях с III на I и II за счет собственного независимого источника,эффективностьпотребления топлива на мини-ТЭЦ региона – в1,5 раза по сравнению с раздельной схемой энергоснабжения, включающей котельные и конденсационные электростанции. Применение универсальной методики развития регионального комплекса электроснабжения на основе собственных источников потребителейобеспечивает достижениецелевых показателей Энергетической стратегии 2030, и увеличение выработки электроэнергии в Белгородской области за счет нетрадиционных и возобновляемых источников в 2 раза.
Апробация.Основные положения диссертации, ее отдельные решения и результаты докладывались и обсуждались на ряде конференций и семинаров, в том числе: XL всероссийская научно-практическая конференция (с международным участием) с элементами научной школы для молодежи Федоровские чтения, 16-19 ноября 2010 г., Москва;Семнадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА, 24 – 25 февраля 2011 г., Москва;Всероссийский конкурс научно-исследовательских работ студентов, аспирантов и молодых учёных по нескольким междисциплинарным направлениям «ЭВРИКА-2011», октябрь-ноябрь 2011 г., Новочеркасск;Девятнадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА, 28 февраля – 1 марта 2013 г., Москва; X Международной научно-практической интернет-конференции "Энерго- и ресурсосбережение -XXI век" (Орел, 2012), на научных семинарах кафедры «Электроснабжения промышленных предприятий» НИУ «МЭИ».
Публикации. По темедиссертационной работы опубликованы 7 печатных работ, в том числе 1 – в издании, рекомендованном ВАК РФ для публикации основных результатов диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук.
Структура и объем работы.Диссертационная работа изложена на 113 страницах, включая 39 таблиц и 19 иллюстраций. Список использованной литературы включает 93 наименования работ отечественных и зарубежных авторов. Работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и 14 приложений. Приложения представлены на 37 страницах.
Развитие возобновляемых источников электроэнергии и распределенной генерации с участием потребителей в мире
Биогазовые электростанции в России находятся пока в разряде пилотных проектов. Однако, в Белгородской области уже существуют и установки в промышленной эксплуатации, например, БГС «Байцуры», «Лучки» (хутор Крапивенские дворы). Особенно интересны биореакторы, разработанные В.Н. Рашиным, директором пермской фирмы «ЭнергоРежим». Единичная мощность, которая может исчисляться единицами киловатт, и простота конструкции, позволяют применять их для электроснабжения даже отдаленных малонаселенных деревень и хуторов, и обеспечения бесперебойного питания малых потребителей.
Когенерация. В России около 48 тыс. котельных мощностью менее 3 Гкал/ч (73% от общего количества), 12 млн. индивидуальных тепловых установок -большой потенциал для повышения выработки электроэнергии при модернизации котельных в мини-ТЭЦ и работе в когенерационном режиме. Турбодетандеры, установленные на газораспределительных станциях, позволяют вырабатывать электроэнергию и холод, за счет понижения давления газа и его расширения. При включении в цикл газопоршневой или газотурбинной установки повышается выработка электроэнергии, число часов использования максимальной мощности установки и вырабатывается тепловая энергия [37,38]. Практическим подтверждением целесообразности применения когенерирующих установок, и установок, работающих на вторичных источниках технологических циклов, является рост выработки электроэнергии на промышленных предприятиях на 4,5% в 2011 году по сравнению с 2010 годом, достигнув 5,6% от всей электроэнергии, выработанной в стране. За четыре года рост выработки на электростанциях предприятий вырос на 16% [13].
В условиях рыночных отношений одной из возможностей повышения эффективности производства является снижение себестоимости продукции, или выпуск сопутствующей продукции с более низкими затратами. В случае котельных себестоимость тепловой энергии может быть снижена за счет применения более современных водогрейных котлов, замены трубопроводов тепловых сетей на полимерные. Сопутствующей продукцией является электроэнергия, которая также позволит и снизить себестоимость тепловой энергии, поскольку на выработку 1 МВтч тепловой энергии требуется 17-40 кВтч электрической энергии [39]. КПД прироста потребления первичных энергоресурсов для технологий комбинированной выработки тепловой и электрической энергии (по сравнению с потреблением котельной) составит 80%, что является недостижимым показателем для других технологий [40]. Распределенная генерация, Smart grid.04eBHflHbiMH плюсами развития распределенной генерации по сравнению со строительством высоковольтных магистральных сетей от крупных электростанций для снабжения большого количества мелких бытовых и социальных потребителей является генерация электроэнергии рядом с потребителем, следовательно, наличие одной, или полное отсутствие трансформации электроэнергии, снижение потерь, затрат на сетевые комплексы муниципалитетов и регионов. Идеология распределенной генерации базируется на технологиях, объединяемых понятием Smart-Grid - умная сеть. Отметим, что актуальность применения технологии Smart-Grid в распределительных сетях, с вовлечением потребителя в процесс энергосбережения, обязательным инструментальным контролем над потреблением электроэнергии, заявительной системой подключения генерирующих мощностей, настолько очевидна и высока, что Агентством Стратегических Инициатив поддержан проект сооружения пилотной локальной умной сети в самом энергодефицитном регионе страны -Краснодарском крае [17]. Для распределительных сетей (МРСК) позитивным фактором станет рост пользователей-клиентов инфраструктуры. Выработка, присоединение к сети и потребление (покупка) электроэнергии на одном уровне напряжения приведет к высвобождению трансформаторных мощностей на подстанциях без реконструкций и увеличения установленной мощности, что является дорогостоящим мероприятием. Об этом свидетельствует факт, из годового отчета МРСК Центра за 2011 год, что 633 подстанции (ПС) 110 кВ, 299 ПС 35 кВ, и 238 ПС 10 кВ (6 кВ) эксплуатируются по договорам лизинга [14]. В результате повышения доступности сетевой инфраструктуры для подключения генерации и потребителей увеличится загруженность сетей 0,4-10 кВ, а значит, выручка сетевых компаний.
Важно заметить, что потребитель электроэнергии в технологической цепочке распределенной генерации является не объектом, а полноправным субъектом энергетики, и участвует в регулировании графика по заявительному принципу. Это позволяет потребителю повысить время использования установленной мощности генерирующего оборудования (ТИум), повышает надежность электроснабжения, поскольку рядом находится несколько генераторов. В свою очередь, это накладывает такие очевидные и необходимые для современного технологического уровня требования, как многотарифная сетка оплаты, точный инструментальный учет потребленной энергии, обмен данными с заинтересованными сторонами (генерация, распределение, сбыт) в автоматизированном режиме, возможность регулирования нагрузки.
Очевидно, предстоит еще много сделать для массового внедрения технологий возобновляемой энергетики и энергосбережения в целом, как это делается в развитых странах [41]. Однако уже сделаны важные шаги на этом пути, например, Постановление Правительства №426 от 03.06.2008 «О квалификации генерирующего объекта, функционирующего на основе использования возобновляемых источников энергии», позволяющее таким объектам продавать электроэнергию по ценам, обеспечивающим возврат инвестиций [42,43,44]. С учетом доли возобновляемой электроэнергии в общей выработке, затраты в общем для потребителей регионов не возрастают, а технологии ВИЭ получают инструмент для продвижения.
Применение -распределений для анализа населенных пунктов региона
Улучшения в сторону самодостаточности на уровне отдельных производств (БГС «Байцуры», «Лучки»), или поселений являются наиболее логичным шагом на пути повышения энергобезопасности региона.
Это позволит поселениям стать самостоятельно обеспеченными электроэнергией - собственным надежным, независимым от системы источником. Потери электроэнергии в области сравнимы с величиной выработки электроэнергии [49]. Расположение генерации вблизи потребителя снизит потери электроэнергии при передаче. В свою очередь это позволит снизить тариф на передачу электроэнергии,, что, при неизменном тарифе на электроэнергию для потребителя, ускорит окупаемость вводимых мощностей. Ряд поселений питаются от магистральных подстанций, подключенных к двухцепным линиям электропередач (см. Приложение 3). Такая схема электроснабжения является надежной. Введение новых мощностей обусловлено не только снижением энергодефицита и повышением надежности электроснабжения, но и повышением коэффициента использования топлива при комбинированной выработке электрической и тепловой энергии, генерации на вторичных источниках.
Определим, сколько источников различной единичной мощности необходимо установить в регионе. Для этого изменим понятие «вид» для генерирующих мощностей. Поскольку мы определяли вид поселений, как поселения с численностью жителей в определенном диапазоне, и оперировали величиной потребления электроэнергии в группах поселений, в качестве вида источников электроэнергии для этих поселений целесообразно рассматривать диапазон объемов электроэнергии которую источники вида могут выработать. Перейдем от установленной мощности источников, посредством расчетного значения ТИум, в работе принимаемым равным для всех источников в регионе к расчетной величине выработки электроэнергии. Другой количественной характеристикой вида источников будем считать общую установленную мощность генераторов различной стандартной единичной мощности. Установленные генераторы будут составлять некоторые комбинации, зависящие от наличия первичных ресурсов, используемых для выработки электрической энергии. Теоретически общая выработка собственными источниками должна полностью обеспечивать потребности в электроэнергии населенных пунктов. На практике, для городов, электроснабжение которых производится через несколько подстанций ПО кВ и выше, каждая из которых соединена с энергосистемой двумя вводами, можно считать эти подстанции заменяющими собственные источники. Численность жителей (и расчетная величина потребления электроэнергии) населенных пунктов определена границами вида поселений (24.1), и задаёт границы необходимой, суммарной установленной мощности в каждом из поселений группы. К перечню источников электроэнергии в регионе (см. Таблица 14) необходимо добавить такое количество новых генераторов, чтобы их выработка в рамках каждого населенного пункта была достаточной. В случаях, когда затраты на замену (построение) линий электропередач сравнимы со стоимостью собственного источника в поселении, и потери электроэнергии при передаче высоки, целесообразно перевести такое поселение на полностью автономное электроснабжение. В иных случаях - на параллельную работу с энергосистемой, и местная генерация вводится для электроснабжения потребителей 1 категории, комбинированной выработки тепла и электроэнергии, использования технологических ресурсов (тепло, биомасса) существующих производств, повышения самодостаточности поселения в электроэнергии (см. 3.4).
Определим значения теоретически необходимой максимальной и минимальной установленной мощности в каждом поселении. Верхняя граница интервала с наименьшим количеством жителей в поселении (6 человек, по численности населения и 20 кВт по величине общей установленной мощности генераторов) будет являться нижней границей следующего интервала по численности жителей - от 6 до 10, и т.д. Расчет верхней и нижней границ по необходимой установленной мощности одного населенного пункта для группы поселений из 19 интервала:
Нами определены границы необходимой общей установленной мощности генерирующего оборудования одного поселения для каждого из рассматриваемых видов населенных пунктов исходя из численности населения, удельного душевого потребления и среднего по региону времени использования установленной мощности (Таблица 18, Ру.мако Ру.мин)- Очевидно, такое расчетное распределение не точно отражает реальное потребление электроэнергии по населенным пунктам. В сельской местности душевое потребление меньше, в городах - больше. Транспорт, уличное освещение, многоэтажные дома с лифтами и освещаемыми подъездами увеличивают этот показатель. Наличие промышленных предприятий еще больше сказывается на величине душевого потребления. Такие производства, как добыча, обогащение руды, металлургия, добыча углеводородов, химическая и нефтехимическая промышленность особенно энергоемки.
Данные об электропотреблении промышленных предприятий являются коммерческой тайной, и в открытых источниках не публикуются. В рамках работы излагается методика, применение которой в условиях доступности информации по каждому населенному пункту и каждому крупному потребителю приведет к фактическому распределению потребителей, уточнит расчетное распределение необходимых источников электроэнергии. В условиях отсутствия информации по потреблению предприятий, ограничимся формированием распределения по электропотреблению в населенных пунктах согласно душевому потреблению и численности населения в населенных пунктах различных видов.
По данным Росстата [49] в 2011 году обеспеченность Белгородской области собственной электроэнергией составляла 946 млн. кВтч. Установленная мощность станций составила 280 МВт. Следовательно, можно найти время использования установленной мощности электрических станций региона:
Ценологический анализ населенных пунктов региона и источников электроэнергии в регионе
Для подготовки предложений по вводу в эксплуатацию новых источников, и логического заполнения полученных свободных ниш (Таблица 18, Рисунок 13, Рдоп) теоретически оптимизированной структуры нами рассмотрены и применены следующие подходы. Необходимо принять решение о целесообразности работы местных источников параллельно с сетью, или автономно. Важнейшими показателями при этом являются: расстояние от ближайшей существующей подстанции или распределительного пункта с выводами напряжения номиналом 6(10) кВ, мощность нагрузки на конце линии. Снижение напряжения в сетях 6-20 кВ не должно быть более 6%, чтобы для потребителей на напряжении 0,4 кВ отклонения напряжения не выходили за пределы допустимых [59 (с. 437),60,61]. Потребителем для таких ЛЭП считаем трансформаторную подстанцию 6(10)/0,4 кВ. По ветровым нагрузкам сечение проводов должно быть не менее 95 мм (для алюминиевых проводов), и 50 мм" (для проводов типа СИП-3, из термообработанного алюминиевого сплава) [62,63] в районах TV группы по ветровому давлению и III группы по гололеду. К таковым районам относится Белгородская область. Нами упрощенно рассмотрены ситуации тупиковых ЛЭП с единственным потребителем на конце. Дополним задачу некоторыми вспомогательными данными. Напряжение в начале линии равно 1,ШН0М; в соответствии с требованием, чтобы напряжение в конце линии было не более, чем на 6% ниже номинального, напряжение в конце линии равно 0,94ин0м;-соБф = 0,95.
В результате получаем, что приемлемое значение потери напряжения, 6% от ин0м, при минимально допустимом сечении проводов, ограничено расстоянием: 3,3 км (марка СИП-3) и 5 км (марка А) для ЛЭП 6 кВ; 5,4 км (марка СИП-3) и 8,4 км (марка А) для ЛЭП 10 кВ (см. Таблица 19-, Приложение 10) [60,64]. В случаях меньшей нагрузки получается, что провод нагружен на малую часть от допустимого тока. Чтобы линия окупалась в приемлемые сроки, необходимо, чтобы расчетная нагрузка была близка по величине к максимально допустимой. Примем, что приемлемый уровень недогрузки проводов ЛЭП по току - 15%. При больших величинах недозагрузки считаем, что экономически целесообразно рассматривать возможность автономного электроснабжения поселения.
Областью применения критерия являются малые населенные пункты, с числом жителей до 500 человек, в соответствии с параметрами Ру.макс, Румин (см. Таблица 18). Особенностью этих поселений является малая загруженность тупиковых В ЛЭП 6-10 кВ, и, часто, значительная протяженность линии электропередачи от подстанции или распределительного пункта. Все вместе ведет к тому, что потери в линии при передаче электроэнергии сравнимы с величиной передаваемой энергии, а затраты на реконструкцию в связи с износом могут быть неэффективными. В ряде случаев ресурс ВЛЭП выработан практически полностью, сечение проводов ниже 95 мм (минимальное сечение для регионов, относящихся к наименее требовательным, I и II, группам районов по ветровым нагрузкам - 70 мм ), минимально допустимых по ветровым нагрузкам [62,63]. Сооружение новых линий выполняется, как правило, проводами СИП, обладающих улучшенными характеристиками по механической прочности и допустимому току жилы. При различной загрузке линий стоимость замены опор и проводов не отличается. Поэтому логичной перспективой представляется отсутствие приоритета для сетевой компании на обновление мало загруженной линии электропередачи, поскольку оплата производится за количество электроэнергии, переданное компанией потребителю. С другой стороны, тариф рассчитывается из условий окупаемости инвестиций. Следовательно, относительно высокие капитальные затраты (из-за неполной загрузки проводов) на новые линии ведут к росту тарифа на передачу электроэнергии. Также важным для потребителя являются параметры получаемой электроэнергии, в частности, уровень напряжения. По причине заниженного сечения проводов и расстояний, превышающих 5 (8,4) км, напряжение для конечного приемника электроэнергии может составлять 180 В вместо 220-В.
Выходом из этой ситуации может послужить переход на локализованную внутри населенного пункта сеть источников электроэнергии с накопителями или резервом мощности. У каждого домохозяйства размещаются наиболее эффективные источники энергии для местных погодных условий - ветряные, солнечные электростанции, в случае занятия скотоводством - автоматизированные биогазовые когенерационные энергетические установки. Т.е. осуществляется принцип распределенной автономной генерации внутри поселения. Схема подключения источников к системе электроснабжения потребителя представлена на рисунке
Выбор генерирующих установок для внедрения распределенной генерации в Белгородской области
Модернизация котельных с надстройкой генерирующих электроэнергию агрегатов позволит установить собственные источники электроэнергии во всех населенных пунктах, где теплоснабжение осуществляется силами коммунальных служб. При перерыве электроснабжения котельной от внешнего источника прекращается теплоснабжение потребителей. Важнейшим результатом модернизации станет бесперебойная работа мини-ТЭЦ, независимо от состояния внешней электрической сети. Предлагается все котельные Белгородской области переоборудовать в мини-ТЭЦ с применением газо-поршневых генерирующих агрегатов.
Нами произведен выбор генерирующего оборудования комбинированного производства тепловой энергии на ГВС и электрической энергии для котельных (см. Приложение 13). Выбор оборудования осуществлялся с учетом запаса по тепловой мощности - 10% от существующего потребления. Для Алексеевского района установленная мощность одной мини-ТЭЦ составит
Суммарная мощность генераторов составила 877,2 МВт. Распределение мощностей мини-ТЭЦ, замещающих котельные, по населенным пунктам региона -см. Таблица 35. Суммарная выработка электроэнергии предлагаемыми мини-ТЭЦ будет равняться 4386 млн. кВтч. Таблица
Всего 611 877 180 Кроме городских котельных, предлагается оборудовать собственными мини-ТЭЦ наиболее требовательные к бесперебойности энергоснабжения учреждения, для параллельной работы с сетью собственных источников. В Белгородской области расположено 48 больниц и 13 родильных домов. Для обеспечения этих потребителей бесперебойным электроснабжением нами предлагается установить в каждом учреждении по два агрегата ГЭ1000У. Суммарная мощность агрегатов в больнице составит 1600 кВт, по всем больницам региона - 97,6 МВт (см. Приложение 14). Как следующий шаг в развитии распределенной генерации электроэнергии, предлагается таким же образом произвести ревизию всех объектов, требующих собственного источника электроэнергии, независимого от сети, в целях обеспечения безопасности: крупных торговых центров, административных зданий, образовательных объектов и т.д.
Биогазовые установки рекомендуется внедрять во всех сельских поселениях с товарным производством продукции растениеводства и животноводства. В крупных сельских населенных пунктах (с населением свыше 200 жителей) располагаются предприятия агропромышленного комплекса (АПК) региона по производству молока, мяса птицы, свинины, говядины. Внедрение промышленных биостанций на предприятиях АПК предусмотрено областными программами [65, 66], которые необходимо дополнить нашими разработками. Распределим актуализированную на 2013 г. в п. 4.1 величину выработки электрической энергии по группам сельских поселений с численностью жителей от 200 до 10000 жителей. Поскольку, после био-реактора и газгольдера, биогаз можно использовать на адаптированных газовых двигателях (с учетом сниженного содержания метана), рассмотрим применение газопоршневых агрегатов стандартных мощностей, предложенных к внедрению на мини-ТЭЦ (см. Таблица 36). Суммарная мощность биогазовых установок в 626 сельских поселениях составит 132 МВт, на 1,1 МВт больше, чем рассчитанный в п. 4.1 объем. Недостающую мощность предлагается компенсировать, задействовав в качестве ресурса для биогазовых станций отходы боя скота и птицы, а также растениеводства.
Число жителей в поселении, до 1000 500 2000 3000 10000 5000 Число жителей в поселении, от 500 200 1000 2000 5000 3000 Тип установки - - - - - - Единичная мощность установки, кВт 200 200 200 300 514 514 В дополнение к планам [65,66], предлагается обеспечить электроснабжение семейных ферм, хуторов и сёл собственными источниками за счет установок типа АБЭУ-20, АБЭУ-60 и др. Реакторы установок предполагают значительные объемы загрузки отходами - 2 т в сутки и более. Поэтому сделаем предпосылку, что в малых селах (1-25 жителей) нет производства с таким объемом отходов, и применение установок, утилизирующих био-отходы нецелесообразно. Рассмотрим установки для малых поселений, с численностью жителей от 25 до 200 (см. Таблица 37). При организации в поселениях этой группы производства сельхозпродукции, чему способствует действующая региональная программа «Семейные фермы Белогорья» [46,79], актуально в каждом из них установить биогазовые реакторы АБЭУ-20, АБЭУ-60 или аналоги других производителей. Т.е. в поселениях с численностью жителей от 100 до 200, предлагается установить 234 установки АБЭУ-60 и т.д., всего 614 установок, суммарной установленной мощностью более 6 МВт.
С учетом работы биогазовых источников параллельно с сетью, мощность биогазовых установок обеспечивает собственные нужды фермерского хозяйства. Для параллельной работы необходимо наличие автоматической системы синхронизации с сетью и поддержания частоты. При отключении от сети, наиболее важные потребители питаются от собственного генератора [91,92,93].
