Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Возобновляемые источники энергии. состояние и перспективы энергетики таджикистана на базе НВИЭ 13
1.1. Современное состояние и перспективы развития энергетики в мире 13
1.1.1. Производство и потребление энергии в мире 13
1.1.2. Состояние и перспективы использования солнечной энергии в мире 16
1.1.3. Состояние и перспективы использования ветровой энергетики в мире... 18
1.1.4. Состояние и перспективы использования гидроэнергетики в мире 21
1.1.5. Состояние и перспективы использования геотермальной энергии в мире 24
1.1.6. Состояние и перспективы использования энергия биомассы в мире 26
1.2. Современное состояние энергетики Таджикистана 29
1.2.1. Ископаемое топливо 30
1.2.2. Проблемы энергообеспечения 33
1.2.3. Перспективы, намеченные в энергетике 36
1.2.4. Проблемы, стоящие перед энергетикой Таджикистана 38
1.2.5. Последствия присоединения к ВТО для энергетики Таджикистана 40
1.3. Оценка ресурсов возобновляемых источников энергии 42
1.3.1. Водные ресурсы и гидроэнергетика 42
1.3.2. Оценка потенциала малой гидроэнергетики 44
1.3.3. Оценка потенциала солнечной энергии 47
1.3.4. Оценка потенциала энергии ветра 49
1.3.5. Оценка потенциала геотермальной энергии 51
І.З.б.Оценка потенциала энергии биомассы 53
1.3.7. Экологические проблемы энергетики 54
1.3.8. Проблемы использования возобновляемой энергетики и пути их решения 55
Выводы по первой главе и постановка исследовательской задачи 58
ГЛАВА 2. Модель энергокомплекса на основе возобновляемых источников энергии 60
2.1. Постановка задачи 60
2.2. Классификация и основные структурные схемы энергокомплексов на базе ВИЭ 63
2.3. Основные способы аккумулирования энергии в энергокомплексах 67
2.4. Обобщенная математическая модель аккумуляторной системы, применяемая в энергокомплексах на базе ВИЭ 73
2.5. Районирование территории республики Таджикистана по критерию комплексного и индивидуального использования источников возобновляемой энергии 78
2.6. Перспективы использования энергокомплексов на базе ВИЭ в Таджикистане... 85
Выводы по второй главе 86
ГЛАВА 3. Энергокомплекс ФЭС-ГЭС. методика определения параметров и режимов работы энергокомплекса ФЭС-ГЭС 88
3.1. Постановка задачи 88
3.2. Определение некоторых энергетических параметров солнечной и гидравлической энергии в Мургабском районе 91
3.3. Методика определения режимов работы и параметров энергокомплекса МГЭС-СФЭС 100
3.4. Определение объема аккумуляторной системы энергокомплекса МГЭС-СФЭС применительно к условиям Таджикистана
3.5. Оптимизация параметров энергокомплекса МГЭС-СФЭС в условиях Таджикистана 107
3.6. Допущения и пример расчета определение режимов работы, объема аккумулирующей емкости водохранилища и оптимизационных параметров ЭК
МГЭС-СФЭС в условиях Таджикистана на примере Мургабского района 113
Выводы по третьей главе 121
ГЛАВА 4. Определения экономической эффективности энергокомплекса ФЭС-ГЭС 123
4.1. Постановка задачи 123
4.2. Определение экономической эффективности энергокомплекса МГЭС-СФЭС. 124
4.3 Финансово-экономическая эффективность энергокомплекса МГЭС-СФЭС и критерии выбора оптимального варианта 125
4.4. Расчет экономической эффективности энергокомплекса МГЭС-СФЭС 137
Выводы по четвертой главе 149
Заключение 150
Литература 152
- Состояние и перспективы использования геотермальной энергии в мире
- Классификация и основные структурные схемы энергокомплексов на базе ВИЭ
- Определение объема аккумуляторной системы энергокомплекса МГЭС-СФЭС применительно к условиям Таджикистана
- Расчет экономической эффективности энергокомплекса МГЭС-СФЭС
Введение к работе
Все проблемы, существующие в мире в области энергообеспечения и энергетики в целом, не чужды и республике Таджикистан. В республике Таджикистан, где энергетика считается одной из базовых отраслей экономики, ежегодно наблюдается дефицит энергии в размере 4-5,4 млрд. кВт-ч. В стране, где 93% территории занято горами, около 70% населения проживает в сельской и горной местности. Все существующие электростанции страны ежегодно вырабатывают около 15,4-15,6 млрд. кВт-ч электроэнергии, а для нормального энергообеспечения страны необходимо 22-26 млрд. кВт-ч электроэнергии в год. Кроме того, энергосистема Таджикистана на 95% состоит из гидроэлектростанций (ГЭС), выработка которых сильно зависит от климатических условий. Существующая теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) в столице из-за дефицита топлива вводится в действие только при острой необходимости. Топливо для ТЭЦ экспортируется из соседних стран, и цена на него из года в год растёт. Из-за дефицита топлива все дизельные электростанции в республике, построенные ещё в советское время, давно не эксплуатируются. Единая энергетическая система, которая тоже была построена в советское время и позволяла своевременно устранять дефицит энергии, была демонтирована и на сегодняшний день не существует. По вышеперечисленным причинам республика Таджикистан ежегодно в период с октября по март терпит дефицит энергии. Кроме того, в Таджикистане существуют районы, которые не связаны линией электропередач (ЛЭП) с основной энергосистемой. Проблема нехватки энергии влечет за собой социально-экономические проблемы, безработицу, увеличение заболеваемости, экологические проблемы (опустошение лесных массивов из-за вырубки деревьев с целью получения энергии) и т.д.
По этим причинам для страны весьма важна сейчас энергетическая независимость и полное энергообеспечение населения и промышленных предприятий.
В то же время Таджикистан богат ресурсами солнечной и гидроэнергии. Самым актуальным направлением развития энергетики страны является широкомасштабное сооружение установок на базе возобновляемых источников энергии (ВИЭ), таких как малые гидроэлектростанции (МГЭС), солнечные фотоэлектрические станции (СФЭС), ветроэнергетические установки (ВЭУ) и т.п.
Поэтому весьма актуальным является комбинированное использование ВИЭ в стране для энергообеспечения сельских и горных населённых пунктов с опорой на мировой опыт.
Актуальность темы диссертационной работы определяется наличием ежегодного дефицита электроэнергии по всей территории республики, острой необходимостью обеспечения электроэнергией сельских и горных населенных пунктов, высокими показателями потенциала солнечной и гидроэнергии в течение всего года.
Кроме того, в республике существует огромное количество малых, мини- и микро- ГЭС, которые также не способны удовлетворить потребности потребителей из-за изменчивости прихода гидравлической энергии.
В настоящее время вопрос преобразования энергии Солнца в стране носит опытно-экспериментальный характер и особого значения для энергетики страны не имеет. До сих пор отечественными ученными и экспертами не была затронута тема комплексного использования ВИЭ. Исследования, проведенные автором данной работы, являются своего рода первой ступенью к широкомасштабному использованию установок ВИЭ, и в особенности энергокомплексов на их основе.
Целью данной диссертационной работы является анализ уровня развития ВИЭ в мире и извлечение необходимого для Таджикистана опыта по широкомасштабному внедрению установок ВИЭ, изучение потенциала всех источников возобновляемой энергии страны, определение существующих барьеров на пути развития ВИЭ, выявление пути их преодоления, исследование
энергокомплексов на базе ВИЭ применительно к условиям страны, финансово-экономическая оценка применения ЭК в Таджикистане.
Для достижения поставленных целей необходимо решить следующие задачи:
исследовать современное состояние и перспективы развития ВИЭ в мире;
исследовать современное состояние и перспективы развития ВИЭ в Таджикистане;
исследовать структурные схемы энергокомплексов и выбрать наиболее подходящие для условий Таджикистана;
исследовать проблему повышения надежности энергокомплексов на базе ВИЭ для электроснабжения автономных потребителей;
исследовать территорию республики по потенциалам ВИЭ и провести районирование по возможности применения различных схем энергокомплексов на основе ВИЭ;
провести финансово-экономическую оценку ЭК МГЭС-СФЭС при
возможных сценариях развития энергетики республики;
Научная новизна в работе:
в работе впервые обосновано применение ЭК МГЭС-СФЭС в республике
Таджикистан как одного из путей выхода из энергетического кризиса и
получения энергетической независимости;
выполнено районирование территории Республики Таджикистан по критерию использования разных структурных схем ЭК;
обоснована финансово-экономическая эффективность ЭК МГЭС-СФЭС в
условиях республики;
определены экономически эффективные зоны применения ЭК МГЭС-СФЭС в условиях Республики Таджикистан.
Достоверность полученных результатов и выводов в работе обеспечивается применением широко известных методик и подходов,
используемых в научных основах использования возобновляемых источников энергии, применением широко известного программного обеспечения и средств моделирования для осуществления поставленных целей.
Практическая значимость результатов диссертационного исследования заключается в возможности использования полученных оценок и рекомендаций специалистами Республики Таджикистан при разработке планов широкомасштабного использования ВИЭ в стране, электрификации сельских и горных населенных пунктов, плана выхода из энергетического кризиса и обеспечения энергетической независимости Республики Таджикистан.
Основные положения, выносимые на защиту:
Современное состояние ВИЭ в мире и в Таджикистане;
Анализ использования ЭК для электроснабжения автономных потребителей в условия Таджикистана;
Районирование территории Таджикистана по применимым энергокомплексам;
Результаты расчета добавления СФЭС к МГЭС для условий Мургабского района;
Расчёт финансово-экономической эффективности применения ЭК МГЭС-СФЭС в условиях республики Таджикистан
Апробация работы. Результаты выполненной работы докладывались и обсуждались на российских и международных конференциях: Шестнадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «РАДИОТЕХНИКА, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА», X Всероссийская выставка научно-технического творчества молодежи НТТМ-2010 -II Международная научно-практическая конференция «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях», VII Всероссийская научно-молодежная школа «Возобновляемые источники энергии» с международным участием, МГУ, Пятая международная
Школа-семинар молодых ученых и специалистов «Энергосбережение - теория и практика», и других международных конференциях.
По результатам данной работы была получена награда «Почетный диплом» за лучшую научную работу на Шестнадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика».
Публикации. По основным результатам диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 2 в рекомендованных ВАК России изданиях.
Объем и структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 186 наименований, четырёх приложений. Работа изложена на 169 странице основного текста, а также содержит 44 рисунка, 17 таблицу, 26 страниц приложения.
Состояние и перспективы использования геотермальной энергии в мире
Как известно, каждый квадратный метр земной поверхности получает энергию Солнца, мощность которой составляет от около 100 Вт в пасмурный зимний день до более 1000 Вт в ясный день вблизи экватора. Солнечная энергия, поступающая на Землю, как заявляют ученые, превышает все поіребности человечества в энергии примерно в 10 тыс. раз. По состоянию на 2010 год, доля солнечной энергетики в мировом энергобалансе составляет около 0.1 %[8].
Если хотя бы 0,7% земной поверхности покрыть солнечными батареями с КПД всего 10%, то энергия, полученная из этой поверхности способна обеспечить потребности всего человечества более чем на 100%. [9].
В 2009 году более 30 ведущие энергетические компании и банки Европы поставили перед собой цель - внедрение самого крупного в мире энергетического проекта - «DESERTEC». Проект DESERXEC предполагает установить в пустыне Сахара (Северная Африка) несколько сотен миллионов фотоэлектрических батарей. По заявлениям представителей данною проекта, проект DESERTEC оценивается в 400 млрд. евро. Установленная мощность проекта составляет ПО ГВт, а период реализации проекта составляет 40 лег. Согласно программе, полученная энергия от фотоэлектрических станций в пустыне Сахара передается в Европу через Средиземное море по кабельным линиям в рамках отдельной программы - «Transgreen». Реализация программы DESERTEC, согласно [8] может начаться в 2013 году. Как заявляют представители этой программы, Сахарская СЭС в 2016 году уже может начать производить коммерческую электроэнергию.
Евросоюз поставила перед собой цель - до 2020 года довести долю ВИЭ в общей генерации до 20%. Поэтому в Евросоюзе считают, что без таких грандиозных проектов Европе трудно будет достигнуть поставленных целей.[8]
Суммарная мощность фотоэлектрических станций некоторых стран приведена в приложении 1.5[3]. Максимальные значения эффективности фотоэлементов и модулей, достигнутые в лабораторных условиях, приведены в приложение 1.6[10]
Состояние мирового рынка кремния и кремниевых фотоэлектрических панелей на 2010 год показано на рис. 1.3 [ 11 ]
Как видно из табл. 1.1, солнечные электростанции по критерию занимаемой площади среди всех электростанций занимают 2-е место после атомных станций.
Стоимость электричества, вырабатываемого за счет энергии солнца, динамично снижается. Так, например, в 1976 году её стоимость составляла около $2 за кВт/ч, а в 2009 году — от $0,15 до $0,5 за кВт-ч. Как утверждают представители Европейской Фотоэлектрической Ассоциации (EPIA), стоимость электроэнергии, полученной от солнечных установок, к 2020 году достигнет уровня менее 0,10 за кВт/ч для промышленных установок и менее 0,15 за кВт/ч для установок в жилых зданиях[13].
Академик Ж. И. Алферов, Нобелевский лауреат в области физики полупроводников, более 20 лет тому назад на годичном общем собрании Академии наук СССР сообщил, что «Если бы на развитие возобновляемых источников энергии было затрачено только 15% средств, брошенных на развитие атомной энергетики, то АЭС для производства электроэнергии в СССР вообще не понадобились бы» [14]. Такое заявление до сих пор находит свое подтверждение. Высказывание академика является подтверждением того, что солнечная энергетика является одной из самых перспективных отраслей энергетики.
Развитие Солнечной энергетики для каждой страны имеет большое значение. Так как Солнечная энергетика относится к сфере высоких технологий, ее развитие способствует увеличению научного потенциала государства, созданию рабочих мест в передовой отрасли.
В 2010 году суммарная установленная мощность всех ветроэлектрических установок (ВЭУ) в мире достигла 196630 МВт, после 159050 МВт в 2009 году. В ветроэнергетике впервые за последние десятилетия в 2010 году наблюдался спад инвестиций. Впервые за более чем два десятилетия, годовой ввод новых мощностей ветровых установок бьш меньше по сравнению с предыдущим годом. Суммарная установленная мощность ВЭУ, установленных в 2010 году, составила 37642 МВт, а в 2009 году 38312 МВт. В 2010 году в общей сложности 83 стран использовали энергию ветра для производства электроэнергии.
Все ветряные турбины, установленные к концу 2010 года во всем мире могут генерировать 430 млрд. кВт-ч/год, Это больше чем общий спрос на электроэнергию в Соединенном Королевстве - шестой по величине экономике мира. Денежный оборот в ветроэнергетическом секторе в 2010 году составляла 40 млрд. евро, в отрасли занято 670000 человек по всему миру.
В Китае в 2010 году произошел впечатляющий рост в сфере ветроэнергетики, составивший 73,3%, было добавлено 18928 МВт в течение одного года, что составило 50,3% мирового рынка новых ветровых установок, таким образом, стал мировым лидером. Европейский сектор ветроэнергетики добавил 9970 МВт, меньше, чем в 2009 году (10474 МВт). Лидерами в области ветроэнергетики в Европе являются Германия, Испания, Италия и Франция. В Латинской Америке рост также понизился по сравнению с 2009 годом, было добавлено только 467 МВт, общая мощность достигла 1983 МВт. Темп роста в 30,8% был значительно выше, чем среднемировой, однако значительно ниже, чем в предыдущий год (113%). Тем не менее, на долю континента приходится лишь 1,2% от мирового объема. В США в 2010 году наблюдалось сокращение ввода новых мощностей, было добавлено лишь 5,6 ГВт, после 9,9 ГВт в 2009 году. Многие штаты США разработали собственные программы поддержки ветровой энергии. Мощность установленных ветроэнергетических установок по всему миру приведена в приложении 1.7[3].
Классификация и основные структурные схемы энергокомплексов на базе ВИЭ
Разведанные потенциальные паротермальные энергоресурсы Таджикистана оцениваются в Г106кВ-ч/год и составляют примерно 0,2% от данного потенциала государств СНГ. В приложение 1.22 приведены сведения о некоторых паротермальных источниках республики. В Таджикистане большинство геотермальных источников применяются в лечебных целях. Согласно уточнениям специалистов, применение данных источников для отопления и горячего водоснабжения вблизи мест выхода воды, в частности близлежащих населенных пунктов и курортных зон, является перспективным. Однако почти 60% этих источников имеет температуру ниже 50 С при высокой минерализации. По этой причине создание в Таджикистане высокоэффективных тепловых электростанций на геотермальных источниках на сегодняшний день проблематично[59].
Эффективность использования геотермальных вод Таджикистана для целей теплоснабжения отражены в работах [29], [59]. В работе [63] рассмотрена эффективность получения электроэнергии с помощью источников геотермальной энергии в Таджикистане и предлагается применение ГеоЭС для совместной работы с действующими ГЭС.
Все вышеперечисленные геотермальные источники в Таджикистане относятся к категории низкотемпературных, так как даже самые горячие геотермальные воды (например, в Теболае в окрестностях г. Куляб), не поднимаются выше 115 С. [59][63].
Однако следует отметить, что большинство из них имеет большое избыточное давление, достигающее иногда 40 атмосфер и большие дебиты вод (излияние или выкачивание воды в единицу времени), достигающие 30 литров в секунду. Такой дебит позволяет получать энергию без насосов, что в итоге отражается на ее себестоимости[27]. 1.3.6.0ценка потенциала энергии биомассы
Сельское хозяйство в Таджикистане является одной из базовых отраслей экономики. Поэтому в сельскохозяйственных районах для получения тепловой и электрической энергии использование биотоплива считается не только рентабельным, но и необходимым. По оценкам специалистов, применение биотоплива имеет первостепенное значение в домашнем хозяйстве для 75% населения Таджикистана. Использование биоэнергетических установок является актуальным на крупных животноводческих фермах и птицефабриках, где помимо производства энергии существует потребность в утилизации отходов.
Согласно заявлению местных специалистов, из всех известных способов получения биотоплива наиболее приемлемым и перспективным в условиях Таджикистана является способ получения биогаза путем анаэробного сбраживания жидких отходов животноводства.
Как утверждают специалисты, по предварительным оценкам потенциал энергии биомассы - 2 млрд. кВтч/год[27][30].
На сегодняшний день в республике в общей сложности функционируют около 35 фермерских хозяйств с численностью молочных животных более 400 голов в каждом. Необходимо внедрять технологию получения метана из отходов животноводства. Таким образом, сокращается эмиссия метана от навоза и хозяйства получают энергию для собственных нужд. Такой подход в сельской местности является весьма перспективным, поскольку там нет доступа к природному газу. В крупных животноводческих комплексах существует возможность создания электростанций, работающих на биотопливе.
Таджикистан уже делает первые шаги в области использования биотоплива для производства электро- и тешюэнергии. В республике уже функционируют биогазогенераторы малой мощности, разработанные Физико-техническим институтом Академии Наук республики Таджикистан. Производство таких установок целесообразно в республике, так как имеется необходимая производственная база, опытные разработки и кадры.
Так же, по оценкам экспертов, при массовом использовании энергии биотоплива, можно добиться сокращения выбросов метана в количестве 5-8 тыс. тонн в год[30].
Таджикистан не является серьезным источником выброса парниковых газов, однако экологические проблемы в стране ощутимы и имеют свою специфику.
Использование возобновляемых источников энергии позволяет не только улучшить ситуацию с энергообеспечением, но полностью вытеснить невозобновляемые источники из сферы производства энергии в республике. Локальное использование таких источников энергии позволяет стабильно обеспечить энергией отдаленные населенные пункты, и тем самым способствует улучшению условий жизни населения.
Необходимость использования ВИЭ в современном мире рассмотрена в работах [65][66][67][68][69][70]. В этих работах также доказано, что на фоне истощающихся ископаемых источников использование энергии ВИЭ намного рентабельнее, безопаснее. В работе [74] подробно исследована роль ВИЭ в решении трех важных проблем: энергетической, экологической и продовольственной.
В Таджикистане сегодня ощущается нехватка органического топлива, трудности доставки его в горные районы, постоянное повышение цен на электроэнергию и отсутствие электроэнергии в отдаленных от магистральных ЛЭП населённых пунктах.
Ввиду выше перечисленных проблем население горных районов вынуждено использовать в качестве топлива древесину. Такое поведение приводит к уничтожению лесных массивов, площадь которых уже сократилась в 5-10 раз, а местами леса полностью уничтожены. В горных районах такое разрушение ведёт за собой увеличение селевых потоков, смывание почвы на склонах и в конечном результате к опустыниванию.
Такие последствия создают проблемы, связанные с ухудшением экологического состояния горных регионов. Для решения этой проблемы необходимо принятие эффективных мер.
Использование возобновляемых источников энергии является достаточно подходящим решением затянувшейся проблемы. В работе[71], например, показан пример снижения безработицы с помощью сооружения установок ВИЭ, а особенно солнечной энергетики. Это означает, что необходимо срочно отдать приоритет проблеме использования нетрадиционных источников энергии в горных районах и составить целенаправленную государственную программу использования и широкомасштабного ввода установок нетрадиционной энергетики в республике. Для этого нужен подбор подходящих материалов, оптимальных конструкций и устройств. Также потребуется проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Поэтому, пока в республике отсутствуют соответствующие база и опыт, необходимо сотрудничать со странами, которые обладают опытом проектирования и эксплуатации установок возобновляемых источнико.
В Таджикистане пока отсутствует благоприятный климат для использования возобновляемых источников энергии. К сожалению, в республике практически нет опыта использования возобновляемых источников энергии. Для устранения этой проблемы и создания соответствующих условий, необходимо выявить конкретные проблемы, создающие преграду для развития энергетики на ВИЭ и определить пути их решения. Решением этих проблем должно заниматься государство, а также необходимо создать специальные центры по изучению и распространению опыта использованию ВИЭ[64].
Определение объема аккумуляторной системы энергокомплекса МГЭС-СФЭС применительно к условиям Таджикистана
На сегодняшний день все действующие электростанции Таджикистана вырабатывают около 16,5 млрд. кВт-ч/год электроэнергии, а годовая потребность в электроэнергии в республике составляет около 23-25 млрд. кВт-ч в год. С вводом в эксплуатацию Рогунской ГЭС и Санпудинской ГЭС-2 проблема с дефицитом электроэнергии немного улучшится, но полностью не устранится. Это означает, что проблема электроснабжения множества отдаленных от централизованных ЛЭП населённых пунктов, горных населенных регионов, останется нерешенной.
Как уже было отмечено в разделе 2.6, применение энергокомплексов на базе ВИЭ имеет много достоинств и отмечено как один из путей выхода из энергетического кризиса республики. Прежде всего, ЭК на основе ВИЭ эффективнее использовать для электроснабжения отдаленных заселённых территорий, обеспеченных двумя или более видами ресурсов ВИЭ. Места, благоприятные для установки энергетических комплексов на базе ВИЭ выявлены в ходе выполнения данной диссертационной работы и представлены на рис. 2.7 и 2.8.
На данный момент в республике еще не сооружен ни одного ЭК на базе ВИЭ. Применение энергетических комплексов в высокогорных районах и отдаленных от центральных электрических сетей районах в Таджикистане является до сих пор не изученным вопросом, и исследования проведенные автором данной диссертационной работы, являются первой ступенью к решению этой важнейшей задачи. Сначала должны быть достаточно изучены все необходимые параметры и характеристики каждого источника возобновляемой энергии, выявлено эффективное соотношение в ЭК и исследованы режимы их совместной работы.
Как отмечалось в разделе 2.3 в работе рассматривается энергокомплекс, состоящий из малой ГЭС и солнечной фотоэлектрической станции. Для анализа намечается исследовать ЭК в высокогорном районе Таджикистана - Мургабском районе.
Мургабский район расположен в восточной части Горно-Бадахшанской автономной области. На севере граничит с Ошской областью Киргизии, на востоке - с Синьцзян-Уйгурским автономным районом Китая, на юге — с провинцией Бадахшан Афганистана, на западе с Ишкашимским, Рошткалинским, Шугнанским, Рушанским и Ванчским районами ГБАО, на северо-востоке — с Тавильдаринским и Джиргатальским районами республиканского подчинения Таджикистана.
Площадь района составляет 38442,2 км2, население - 17,9 тыс. человек (2010). Районный центр, город Мургаб, расположен в 324 км восточнее от города Хорог.
Мургабский район расположен на высоте 3600-4000 км над уровнем моря. Энергетический потенциал Памира оценивается в 9 млн. кВт/час, или 70 млрд. кВт часов вырабатываемой электроэнергии в год.
Пока, несмотря на ввод новых больших и малых ГЭС, в целом энергетика в области развивается не достаточно интенсивно. Производимой здесь электроэнергии хватает лишь на обеспечение бытовой энергии для населения.
В то же время перед страной стоит задача серьезного развития энергетики в Горном Бадахшане с расчетом на развитие местной промышленности и экспорта электроэнергии в страны соседних регионов, Афганистана и Пакистана.
В данной работе исследуется энергетическая и экономическая эффективность ЭК МГЭС-СФЭС в отдаленных районах для электроснабжения автономных потребителей. Энергоэкономическая эффективность ЭК МГЭС-СФЭС зависит от режимов и интенсивности прихода солнечной и гидравлической энергии, конкретного местоположения ЭК, характеристик и режимов работы МГЭС, наличия водохранилища и видов регулирования, соотношения мощностей МГЭС и СФЭС и их удельного участия в покрытии нагрузки. Вопросы, связанные с применением энергокомплексов на ВИЭ в Таджикистане, должны быть проработаны для эффективного использования ЭК на базе ВИЭ для электроснабжения автономных потребителей.
Кроме того, в республике, особенно в горных районах, которые не подключены к центральным электрическим сетям, действует большое количество микро-, мини и малых ГЭС, которые не способны полностью удовлетворять потребности населения в электрической энергии. Это означает, что необходимо также рассмотреть вопрос добавления СФЭС к уже действующим малым ГЭС и исследовать эффективность их совместной работы.
С учетом вышеизложенных проблем в данном разделе диссертационной работы необходимо решать следующие задачи:
Разработать математическую модель ЭК МГЭС-СФЭС в среде Matlab с учетом оптимизации. Реализовать вышерассмотренные задачи на конкретном примере в одном из регионов Таджикистана и оценить энергетический и экономический эффект от реализации. Определение некоторых энергетических параметров солнечной и гидравлической энергии в Мургабском районе
В этом разделе определяются все необходимые параметры, необходимые для выполнения расчетов режимов работы энергокомплекса МГЭС-СФЭС. Прежде всего к этим параметрам относятся параметры солнечной и гидравлической энергии, на базе которых рассматривается исследование модели энергокомплекса.
К необходимым параметрам солнечной энергии в данном разделе относятся значения солнечной радиации: солнечная радиация по характерным месяцам года при ясном небе и пасмурной пагоде, изменение потока солнечной радиации в течение года, продолжительность солнечного сияния в течение дня, изменение продолжительности солнечного сияния в течение года, оптимальный угол наклона солнечной панели в данной местности в конкретное время года[156].
Расчет экономической эффективности энергокомплекса МГЭС-СФЭС
В Мургабском районе по экономической эффективности нет альтернативы более выгодной, чем энергокомплекс МГЭС-СФЭС. Это связано с отсутствием дизельного топлива и большим расстоянием от энергосистемы. Другие возобновляемые источники в регионе не достаточно изучены, поэтому об их эффективности пока говорить рано.
Дизельное топливо в Таджикистане является привозным, и после транспортировки в высокогорные районы, такие как Мургабский район, становится весьма дорогим товаром, недоступным для местного населения. Кроме того, дизельные электростанции, построенные еще во время СССР, прекратили свое существование в начале 90-х годов прошлого столетия из-за острого дефицита топлива. На сегодняшний день местное население в основном использует древесину и маломощные солнечные панели для удовлетворения своих потребностей в энергии..
Из-за малой плотности населения в горных районах и больших расстояний экономической оправданности сооружения линий электропередачи трудно добиться. Мургабский район от ближайшей возможной точки присоединения к Памирской энергетической компании отдален на расстояние 320 км. Кроме того, сооружение ЛЭП между этими точками проходит в труднодоступной горной местности, что увеличиват капитальные инвестиции при малых передаваемых мощностях.
Одна из самых насущных проблем в республике - дефицит электроэнергии в зимний период. Как уже отмечалось, 98% электроэнергии в республике вырабатывается за счет ГЭС, выработка которых зависит от уровня воды в реках. Поэтому в период октябрь - март ежегодно в республике вводятся ограничения, в результате чего сельское население отключается на все время указанного периода ограничения. Начиная с 90-х годов и до сегодняшнего времени в зимний период ограничения касаются и столицы - города Душанбе. В связи с этой проблемой сооружение ЛЭП до отдаленных населенных пунктов, особенно горных регионов неэффективно.
Однако с вводом в эксплуатацию строящихся Сангтудинской-2 и Рогунской ГЭС дефицит в стране уменьшиться. Следует отметить, что в Таджикистане функционируют две энергетические компании ОАХК «Барки Точик» и «Памир Энерджи», последняя охватывает территорию высокогорных районов Памирского региона, куда и входит исследуемый в примере Мургабский район.
С учетом перспективы, предположим, что в будущем эти системы будут работать параллельно, и определим эффективность передачи электроэнергии до Мургабского района по двум сценариям: 1) при нынешних существующих возможностях системы; 2) при условиях, что Сангтудинской-2 и Рогунской ГЭС включатся в баланс энергосистемы.
Для линий электропередачи определяем номинальное напряжение для передачи необходимой мощности потребителю по формуле Стила[183]: где J3K - экономическая плотность тока, А/мм2, выбирается по таблице в зависимости от числа часов использования ЛЭП в год и типа проводника; 1нб - наибольший возможный электрический ток, протекающий по ЛЭП, А, определяется по формуле: где cos p - коэффициент активной мощности, в расчетах принимаемый равный 0,95. Найденные значения напряжения проверяются по потере напряжения, а сечение проводника по потере мощности и по нагреву[184].
Необходимо отметить, что при рассмотрении ЛЭП, в затрат могут также включаться повышающие и понижающие трансформаторные подстанции. Кроме того, согласно [185] при определении суммарных капитальных затрат на ВЛЭП в горной местности, в формуле затрат добавляется коэффициент, учитывающий усложняющих условий строительства ВЛЭП, в горных условий он равен 1,6. Кроме того, также учитываются стоимость потерянной электроэнергии при передаче на расстояния.
Расчет финансово-экономической оценки ВЛЭП выполнен по вышеуказанной методике, и результаты расчёта по первому сценарию приведены в прилож. 4.5, а по второму сценарию в прилож. 4.6.
Следует отметить, что руководство Таджикистана стремится к присоединению к Всемирной торговой организации (ВТО). Как показано в [27], при присоединении Таджикистана к ВТО внутренние цены на электроэнергию вырастут до уровня внешних. Сейчас в центрально-азиатском регионе самую низкую стоимость электроэнергия имеет в Таджикистане. Это означает, что при присоединении к ВТО, существующие цены могут вырасти примерно в 1,5-2 раза. При таком раскладе будет проще добиться экономического эффекта от энергокомплексов на базе ВИЭ.
Отсюда возникает задача определить экономические зоны сооружения энергокомплексов на территории Таджикистана. Для этого необходимо провести комплекс финансово-экономических расчетов для разных мощностей при разных расстояниях от места их сооружение до возможной точки присоединения ЛЭП к энергосистемам республики. Все расчёты выполнены аналогично вышеприведенным, с помощью ЭВМ.
По результатам расчета получили график зависимости минимального экономического расстояния от места сооружения энергокомплекса до возможной точки присоединения к энергосистеме для 2-х сценариев: в нынешней ситуации и при присоединении к ВТО, результаты представлены на рис. 4.4.
