Перспективность вовлечения в энергобаланс регионов энергии природных возобновляемых источников определяет актуальность про­блемы энергоэффективности установок, использующих энергию ветра, солнца, потоков воды.

Основными нормативно-правовыми документами, регламенти­рующими оценку эффективности энергетического бизнеса и примене­ние источников энергии, являются:

• Федеральный закон об энергосбережении № 28-Ф3 от 03.04.96 г.

• Правила пользования электрической энергией.

• Типовая инструкция по учету электроэнергии при ее произ­водстве, передаче и распределении РД 34.09.101-97.

• Нормы качества электрической энергии в системах электро­снабжения общего назначения ГОСТ 131.09-97.

• Порядок установления показателей энергопотребления и энер­госбережения в документации на продукцию и процессы ГОСТ Р50- 605-89-94.

В существующей нормативно-правовой и методической базе от­сутствуют или недостаточно проработаны требования к малой энерге­тике, децентрализованным системам электроснабжения, основанным на использовании автономных энергоустановок, в том числе нетрадицион­ных и возобновляемых источников энергии.

В силу низкой энергетической плотности возобновляемых энерго­ресурсов (ВЭ) и их крайней изменчивости, стоимость производимой электроэнергии с использованием ВЭ в настоящее время обычно пре­вышает тариф на электроэнергию, полученную традиционными спосо­бами. Поэтому конкурентоспособной областью нетрадиционной энерге­тики является малая энергетика, особенно в децентрализованных систе­мах электроснабжения потребителей, находящихся в отдаленных, труд­нодоступных местах.

Для эффективной организации децентрализованного электро­снабжения с использованием ВЭ актуальны следующие вопросы:

• оценка объемов и условий электроснабжения потребителей, не имеющих централизованного электроснабжения;

• оценка потенциала возобновляемых энергоресурсов в зоне размещения объектов электрификации и выделение приоритетных ви­дов природной энергии;

• разработка методик и анализ технико-экономических характе­ристик вариантов построения децентрализованных систем электро­снабжения;

• разработка критериев экономической эффективности эксплуа­тации децентрализованных систем электроснабжения;

• анализ социальных и экологических аспектов использования ВЭ для децентрализованного электроснабжения объекта;

• анализ возможных организационно-правовых форм функцио­нирования энергетического бизнеса в децентрализованных зонах энер­гообеспечения потребителей. Разработка предложений по совершенст­вованию нормативно-правовой базы для реализации данного направле­ния энергетического бизнеса.

Данная работа направлена на определение условий технико­экономической эффективности использования возобновляемых энерго­ресурсов в децентрализованных зонах энергоснабжения. Исследование данной проблемы проводилось с учетом следующих факторов:

• комплексный подход к оценке экономической и энергетиче­ской эффективности децентрализованных зон с различными типами энергоисточников;

• региональные, климатические, географические факторы при определении условий экономической и энергетической эффективности функционирования децентрализованных систем энергообеспечения;

• тенденции развития и изменения зон децентрализованного энергоснабжения;

• тенденция развития энергоустановок, использующих местные, в том числе возобновляемые энергоресурсы.

Оценка эффективности применения нетрадиционных и возобнов­ляемых источников энергии для электроснабжения автономных объек­тов, не имеющих централизованного электроснабжения, производится на основе сравнительного технико-экономического анализа всех воз­можных вариантов электрификации. При этом необходимо рассмотреть варианты электроснабжения не только от нетрадиционных источников энергии, но и вполне традиционных: централизованная энергосистема и жидко-топливные генераторы. Электроснабжение от энергосистемы предусматривает строительство линии электропередачи, а в качестве жидко-топливных генераторов наиболее распространены дизельные электростанции. Соответственно, к возможным вариантам электро­снабжения автономного объекта отнесены:

• централизованное электроснабжение (строительство ЛЭП);

• дизельные электростанции;

• микрогидроэлектростанции;

• ветроэнергетические установки;

• солнечные электростанции.

При этом, в качестве критериев оценки, применяются 3 группы показателей:

• технические;

• экономические;

• социально-экологические.

В группу технических показателей входит всего один критерий - критерий технической выполнимости проекта. Исходными данными для определения данного критерия являются сведения об основных техни­ческих характеристиках первичного источника энергии. В связи с этим, критерий технической выполнимости проекта на основе дизельных электростанций всегда положителен; при электроснабжении от центра­лизованной энергосистемы зависит от требуемой установленной мощ­ности объекта электроснабжения Р (кВт) и расстояния до централизо­ванной электрической сети L (км); для микроГЭС определяется исходя из минимальной скорости течения водотока в месте установки станции Vmin (м/с) и минимальном расходе воды Qmin (л/с); для ветроэнергетиче­ской установки критерием является среднегодовая скорость ветра на уровне ступицы ветроколеса Vср (м/с); для солнечных электростанций

- среднемесячная дневная энергетическая освещенность Е (кВтч/м ).

Основным критерием экономической эффективности являются приведенные годовые затраты на 1 кВт установленной мощности сис­темы электроснабжения, которые определяются из выражения:

р н К + С

Р

Р - установленная мощность объекта электроснабжения (кВт); К - об­щие капиталовложения (руб):

К Куст + Кпр + Кстр ,

где Куст- стоимость комплектного оборудования (руб); Кпр - стои­мость проектных работ по определению места установки на местности (руб); Кстр - стоимость строительных и монтажных работ по установке

электростанции (подстанции) (руб).

p н = Т - нормативный коэффициент рентабельности, где Т - эко­номический срок службы оборудования (лет).

С - общие годовые эксплутационные расходы (руб):

С = С + C + C + C

^ ^экс ^ ^рем ^ ^топ ^ ^д. топ ’

где Сэкс - годовые расходы на эксплуатацию системы электроснабже­ния (руб); Срем - годовые расходы на плановый ремонт (руб); Стоп - го­довые расходы на топливо (руб); Сд топ - годовые расходы на доставку топлива (руб).

Себестоимость 1 кВтч электроэнергии:

Сэл = РнW С , PУб/кВт•ч,

где W - общее количество электрической энергии, вырабатываемое электростанцией в течение года.

В качестве социально-экологических критериев эффективности применения различных вариантов электроснабжения принимались сле­дующие:

• потенциальная угроза жизни людей;

• наличие топливной составляющей;

• отчуждение земли;

• влияние на птиц и животных;

• акустическое воздействие и вибрация;

• электромагнитное излучение.

Так как количественная оценка социально-экологических крите­риев крайне затруднительна, а подчас и невозможна, то при анализе производится только их качественная оценка, которая может служить в качестве дополнительного критерия при выборе наиболее рационально­го варианта электроснабжения автономного объекта.

Отметим также, что при выборе между традиционными и нетра­диционными источниками энергии следует руководствоваться не только текущими экономическими затратами.

До настоящего времени ни в одной стране мира существенная часть стоимости производства энергии не отражается в тарифах на энергию, а распределяется на затраты своего общества [21].

Известно, что каждый год в мире потребляется столько нефти, сколько ее образуется в природных условиях за 2 млн. лет [22]. Гигант­ские темпы потребления невозобновляемых энергоресурсов по относи­тельно низкой цене, которые не отражают реальные совокупные затра­ты общества, по существу означают жизнь взаймы, кредиты у будущих поколений, которым не будет доступна энергия по такой низкой цене.

Другая составляющая стоимости энергии, которая распределяется на все общество и не включается в тарифы за энергию, связана с загряз­нением окружающей среды энергетическими установками [35].

Выбросы тепловых электростанций состоят, в основном, из угле­кислого газа, который ответственен за тепличный эффект и изменение климата и, например, приводит к засухе в районах производства зерна и картофеля. Другие выбросы включают окислы серы и азота, которые в атмосфере превращаются в серную и азотную кислоты и возвращаются на землю со снегом или в виде кислотных дождей. Повышенная кислот­ность воды приводит к снижению плодородия почвы, уменьшению рыбных запасов и гибели лесов, повреждению строительных конструк­ций и зданий. Токсичные тяжелые металлы, такие как кадмий, ртуть, свинец, могут растворяться кислотами и попадать в питьевую воду и сельскохозяйственные продукты. Существует большая неопределен­ность в определении реальной стоимости электроэнергии, получаемой от атомных электростанций. Можно утверждать, что реальные цены в атомной энергетике будут определены после того, как будут решены вопросы безопасности АЭС и ядерных технологий по получению топ­лива и захоронения отходов и разработаны принципы обращения с обо­рудованием, зданиями и сооружениями АЭС, выводимыми из эксплуа­тации через тридцать лет работы, и эти цены будут выше существую­щих.

Приближенные оценки прямых социальных затрат, связанных с вредным воздействием электростанций, включая болезни и снижение продолжительности жизни людей, оплату медицинского обслуживания, потери на производстве, снижение урожая, восстановление лесов и ре­монт зданий в результате загрязнения воздуха, воды и почвы дают ве­личину, добавляющую около 75 % мировых цен на топливо и энергию [16]. По существу это затраты всего общества - экологический налог, который платят граждане за несовершенство энергетических установок, и этот налог должен быть включен в стоимость энергии для формирова­ния государственного фонда энергосбережения и создание новых эколо­гически чистых технологий в энергетике.

Если учесть эти скрытые сейчас затраты в тарифах на энергию, то большинство новых технологий возобновляемой энергетики становится конкурентоспособными с существующими технологиями. Одновремен­но появится источник финансирования новых проектов по экологически чистой энергетике. Именно такой «экологический» налог в размере от 10 до 30 % от стоимости нефти введен в Швеции, Финляндии, Нидер­ландах и других странах ЕЭС [21].

Методика оценки эффективности применения нетрадиционных и возобновляемых энергоисточников заключается в последовательном определении технических, экономических и социально-экологических критериев для всех возможных вариантов электроснабжения автоном­ного объекта и их сравнительном анализе.

Исходными данными для определения критериев являются ка­дастр нетрадиционных и возобновляемых источников рассматриваемого региона, технические и экономические показатели комплектующих и оборудования, выпускаемого ведущими российскими предприятиями, Государственные элементные сметные нормы (ГЭСН) на строительные и монтажные работы.

Данная методика может быть использована с учетом двух основ­ных положений.

Во-первых, технические и экономические показатели, используе­мые в данной методике, приняты на сегодняшний день, и в последствии могут изменяться. Например, минимальная скорость ветра, при которой происходит запуск современных ветроэнергетических установок, со­ставляет 3...4 м/с. Однако, развитие технологий, несомненно, в скором будущем позволит уменьшить этот предел. К тому же, современные тенденции развития технологий возобновляемой энергетики и неизбеж­ное сокращение запасов органического топлива, позволяют прогнозиро­вать одновременный рост цен на традиционные энергоносители и сни­жение удельной стоимости оборудования для малой энергетики.

Во-вторых, при определении критериев экономической эффек­тивности используются средние технические и экономические показа­тели комплектующих и оборудования, и соответственно, они могут быть использованы только для сравнительного анализа различных вари­антов электроснабжения и выбора наиболее рационального. Полная смета затрат на проект и точные экономические расчеты могут быть выполнены только после выбора конкретного варианта электроснабже­ния и подбора соответствующих комплектующих.

Важно также отметить, что успешное использование возобнов­ляемых источников энергии во многом зависит от правильного выбора места установки электростанции. Например, энергия ветрового потока во многом зависит от рельефа местности и имеющихся наземных зда­ний и сооружений, а все реки имеют аномальные уклоны с естествен­ными местами концентрации энергии водного потока. Поэтому выбор места установки каждой конкретной электростанции, использующей энергию природных возобновляемых источников, должен производить­ся на основании проекта привязки к местности, который должен быть выполнен соответствующими специалистами.

Вопросы для самопроверки

1. Способы классификации возобновляемых источников энер­гии.

2. Поясните понятия; валовый, технический, экономический по­тенциал возобновляемых энергоресурсов.

3. Охарактеризуйте достоинства и недостатки возобновляемых источников энергии.

4. Сформулируйте основные причины, по которым требуется со­гласование режимов работы энергоустановок возобновляемой энергети­ки с потребителем.

5. Приведите примеры основных схемных решений согласова­ния возобновляемых источников эгергии с потребителями.

6. Назовите основные энергетические характеристика ветра.

7. Каким образом определить ветроэнергетический потенциал территории?

8. Как подсчитать мощность водотока на конкретном участке русла?

9. Какие факторы являются определяющими для использования гидроэнергии в целях производства электроэнергии?

10. Назовите составляющие энергетического баланса солнечного излучения.

11. Энергетические характеристики солнечного излучения.

12. Факторы, влияющие на энергию солнечного излучения.

13. Классификация гидрогеотермальных энергоресурсов.

14. Достоинства и недостатки геотермальной энергетики.

15. Назовите факторы, определяющие энергетический потенциал биомассы.

16. Охарактеризуйте критерии оценки эффективности электро­снабжения потребителей от энергоустановок возобновляемой энергети­ки.

17. Назовите факторы, определяющие конкурентноспособность возобновляемой энергетики с традициолнными электростанциями.