Развитие распределенной генерации и ВИЭ

Потребность во вводах новых генерирующих мощностей складывается из большой (общесистемной) генерации и распределенной генерации.

К общесистемной генерации относятся электростанции мощностью свыше 25 МВт, расположенные вдали от потребителей.

К распределенной генерации относятся тепловый электростанции мощностью до 25 МВт и возобновляемые источники энергии (ВИЭ), расположенные в непосредственной близости от потребителей.

Объем вводов распределенной генерации оценивается в объеме 5% от суммарной потребности во вводах.

На рисунке 16 приведена программа новых вводов энергоблоков малой мощности.

Рис. 16. Программа новых вводов ГТУ_ТЭЦ и ПГУ-ТЭЦ малой мощности (ГВт) (источник: ЗАО «АПБЭ»)

 

В соответствии с распоряжением Правительства Российской Федерации от 08.01.2009 №1-р объем производства электроэнергии с использованием ВИЭ к 2020 году должен достигнуть 4,5% от суммарной выработки электроэнергии, или 14,3 ГВт (Рисунок 17).

Рис. 17. Программа новых вводов энергоблоков ВИЭ (ГВт) (источник: ЗАО «АПБЭ»)

К ВИЭ относятся малые ГЭС; ветроэлектрические станции; приливные, геотермальные, тепловые, использующие биомассу в качестве одного из топлив; солнечные электростанции.

В соответствии с проектом Программы модернизации электроэнергетики России на период до 2030г., разрабатываемой ОАО «ЭНИН», до 2030 года должны быть реализованы всего лишь демонстрационные проекты солнечной электростанции (СЭС) мощностью 1 МВт с использованием фотоэлементов с КПД до 30-36% и ветровой электростанции (ВЭС) мощностью 1 МВт и выше с ортогональными машинами.

Широкому внедрению ВИЭ препятствует ряд проблем. Основной проблемой при производстве электроэнергии на основе использования ВИЭ является изменчивость во времени таких источников энергии, как солнечное излучение, ветер, приливы, сток малых рек, тепло окружающей среды. Если, например, изменение энергии приливов строго циклично, то процесс поступления солнечной энергии, хотя в целом и закономерен, содержит, тем не менее, значительный элемент случайности, связанный с погодными условиями. Еще более изменчива и непредсказуема энергия ветра. Электроэнергия же представляет собой весьма специфический вид продукции, который должен быть потреблен в тот же момент, что и произведен. Ее нельзя отправить «на склад», как уголь, нефть или любой другой продукт или товар, поскольку фундаментальная научно-техническая проблема аккумулирования электроэнергии в больших количествах пока не решена, и нет оснований полагать, что она будет решена в обозримом будущем. Для малых автономных ветровых и солнечных энергоустановок возможно и целесообразно применение электрохимических аккумуляторов, но при производстве электроэнергии за счет этих нерегулируемых источников в промышленных масштабах возникают трудности, связанные с невозможностью постоянного сопряжения производства электроэнергии с ее потреблением (с графиком нагрузки). Достаточно мощная распределенная система генерации электроэнергии и распределенные интеллектуальные системы управления, включающая также ветроэлектрические установки (ВЭУ) или ВЭС и СЭС, может компенсировать изменения мощности этих станций. Таким образом, решение задачи интеграции энергоустановок, использующих ВИЭ, с единой энергетической системой России имеет два аспекта: технический и организационный (нормативно-правовой).

В целом использование ВИЭ в мире приобрело ощутимые масштабы и устойчивую тенденцию к росту, и сам факт роста не подвергается сомнению. Различные виды ВИЭ находятся на разных стадиях освоения, наибольшее применение получил самый изменчивый и непостоянный вид энергии ветер.

Анализ состояния машиностроительной отрасли для нужд ветроэнергетики России показал:

При изготовлении ВЭУ можно использовать без доработок и изменений следующие комплектующие и материалы, производимые отечественной промышленностью: трансформаторы, вентиляторы и нагревательные элементы системы кондиционирования, чугун, стальной прокат, крепеж, кабельную продукцию, лакокрасочные покрытия и другие мелкие изделия.

С доработками и изменениями можно использовать следующие изделия российской промышленности: высокооборотные генераторы, преобразователи частоты, приводы поворота лопастей и гондолы.

С проведением полного цикла проектирования и изготовления (ОКР, испытания, сертификация, организация и подготовка производства) на российских предприятиях можно организовывать производство следующих изделий: лопасти, ступицы, низкои среднеоборотные генераторы, среднеоборотные мультипликаторы, корпуса гондол, обтекатели, башни.

Проведение НИОКР в области материаловедения и машиностроения, разработка отечественного станочного оборудования, создание (реорганизация) производственных цехов и участков позволит организовать в России выпуск следующих изделий: высокооборотных мультипликаторов, муфт, подшипников лопастей и опорно-поворотных устройств, упругих втулок и подвесок мультипликаторов и генераторов, тормозов ветроколес и опорно-поворотных устройств.

Таким образом, комплексное удовлетворение потребностей ветроэнергетики со стороны машиностроения включает в себя работы, связанные с научными исследованиями, реорганизацией машиностроительных предприятий, освоением выпуска новых материалов и изделий, а также оснащением новыми видами станочного оборудования.

Второе место по объему применения занимает геотермальная энергетика. ГеоТЭС вполне конкурентоспособны по сравнению с традиционными топливными электростанциями. Однако ГеоТЭС географически привязаны к месторождениям парогидротерм или к термоаномалиям, которые распространены отнюдь не повсеместно, что ограничивает область применения геотермальных установок.

Для внедрения ГеоТЭС и подготовки машиностроительного комплекса для производства комплектующих и агрегатов необходимо проведение НИОКР в области материаловедения и машиностроения:

· Теоретическиеиэкспериментальныеисследованияосаждения твердых частиц на металлических поверхностях;

· Экспериментальные исследования образования твердых отложений в паропроводе ГеоЭС;

· Исследования образования твердых отложений в проточной части геотермальных турбин;

· Разработкамеханизмовпредотвращенияобразованиятвердых отложений в проточных частях геотермальных турбин;

· Разработка метода предотвращения образования отложений в линиях реинжекции.

Задачи по внедрению ГеоТЭС, также как и комплексное удовлетворение потребностей ветроэнергетики со стороны машиностроения, включают в себя НИОКР, реорганизацию предприятий, освоение выпуска новых материалов и изделий.

Солнечная энергия используется в основном для производства низкопотенциального тепла для коммунально-бытового горячего водоснабжения и теплоснабжения. Преобладающим видом оборудования здесь являются так называемые плоские солнечные коллекторы. Все активнее идет преобразование солнечной энергии в электроэнергию. Здесь используются два метода термодинамический и фотоэлектрический, причем последний лидирует с большим отрывом.

Солнечная энергетика, по прогнозам, будет развиваться за счет нанотехнологий. С помощью многослойных пленок можно использовать почти весь спектр солнечной энергии, что позволит повысить КПД фотоэлементов более чем в четыре раза. Таким образом, главной задачей НИОКР на данный момент является необходимость усовершенствования научных разработок и развитие сферы нанотехнологий.

Другой проблемой отечественного машиностроения для нужд солнечной энергетики является низкий уровень сборочного производства модулей и солнечных батарей из-за отсутствия необходимого российского оборудования.

Не менее интенсивно развивается использование энергии биомассы. Последняя может конвертироваться в технически удобные виды топлива или использоваться для получения энергии путем термохимической (сжигание, пиролиз, газификация) и (или) биологической конверсии. При этом используются древесные и другие растительные, а также органические отходы, в том числе городской мусор, отходы животноводства и птицеводства. При биологической конверсии конечными продуктами являются биогаз и высококачественные экологически чистые удобрения.

Использование энергии биомассы находит все большее применение. Создание новых видов генераторов синтез газа и установок по производству биогаза позволяет прогнозировать значительный рост их производства. Задача машиностроения при этом – обеспечение достаточного количества комплектующих и агрегатов, то есть увеличение производства.

Гораздо меньше развито практическое применение приливной энергии. Еще менее развито использование энергии морских волн. Этот способ использования ВИЭ находится на стадии начального экспериментирования.

Для успешного решения вопросов, связанных с производством электроэнергии генераторами, использующими ВИЭ, помимо решения вышеперечисленных вопросов требуется обеспечить благоприятные экономические условия предприятиям, использующим установки на основе ВИЭ, а также разрабатывающим и производящим такие установки и комплектующие к ним.

В целом, задача увеличения относительного объема производства электроэнергии генераторами, использующими ВИЭ с 0,5% до 4, 5% имеет следующие составляющие:

· Научную, связанную с созданием новых материалов, элементов, узлов электроустановок, работающих на ВИЭ;

· Техническую, связанную с созданием новых видов генераторов, реакторов, установок, станций, а также инструментальной базы, обеспечивающей их производство;

· Организационную, связанную с интеграцией установок, генерирующих электричество на основе ВИЭ, с единой энергетической системой России;

· Экономическую, связанную с разработкой экономических механизмов стимулирования производства и внедрения генераторов, использующих ВИЭ

Следует разработать меры по государственной поддержке производителей оборудования для производства электроэнергии и тепла с использованием ВИЭ путем софинансирования из федерального бюджета выполнения НИОКР по разработке высокотехнологичного оборудования, предоставлению субсидирования части процентных ставок по долгосрочным кредитам за счет бюджетных средств, дотированию тарифов потребителям на использование электроэнергии, получаемой из ВИЭ, и другим мерам, без реализации которых невозможно развитие альтернативной электроэнергетики вследствие отсутствия экономической мотивации потребителей.

 

Вопросы для самопроверки

 

Лекция 10. Сценарии развития энергетического машиностроения

Сценарии развития российского энергетического машиностроения зависят от наличия, уровня и методов поддержки отрасли государством. Анализ перспектив развития отрасли показал наличие трех вариантов.

В настоящее время в энергетическом машиностроении действуют следующие факторы:

· рост внутреннего спроса на продукцию энергетического машиностроения опережающими темпами по сравнению с возможностями промышленного производства;

· неудовлетворительное состояние и технологический уровень основных производственных фондов предприятий энергетического машиностроения, прежде всего по обеспечению заготовками и поковками, оказывающий непосредственное влияние на качество и себестоимость выпускаемой продукции;

· техническое отставание продукции энергетического машиностроения, вызванное недостаточными инвестициями в НИОКР по разработке перспективной высокопроизводительной продукции и ключевых комплектующих;

· недостаток квалифицированных кадров, способных обеспечить инновационное развитие энергетического машиностроения.

В качестве возможных вариантов решения проблем в энергетическом машиностроении предлагаются следующие:

- эволюционный вариант, при реализации которого осуществляется прямое инвестирование финансовых ресурсов в энергетическое машиностроение при сохранении существующих механизмов формирования и внедрения новейших технологий. Данный вариант характеризуется процессом проведения исследований и последующей реализации различных вариаций технико-экономического развития энергетического машиностроения, конкурентный отбор одной технологии из нескольких альтернативных и самоорганизация отрасли для развития уже отобранной технологии. Преимуществами данного варианта являются отработанность сложившейся системы управления, снижение издержек управления, возможный эффект в среднесрочной перспективе, а рисками – недостаточность бюджетных средств для решения поставленных задач, длительный срок отбора и освоения инновационных технологий, падающая эффективность при росте сложности поставленных задач, формализация инновационного процесса, сужение базы для долгосрочного развития;

- инвестиционный вариант, при реализации которого осуществляется формирование в компаниях, разрабатывающих и производящих оборудование энергетического машиностроения, четко определенных центров компетенции и развитие их научно-технологической базы за счет инвестиций. Данный вариант характеризуется процессом образования на базе ведущих отраслевых предприятий-разработчиков и производителей отраслевых институтов (центров компетенции) по направлениям технологий энергетического машиностроения, задача которых состоит в разработке высокоэффективной конкурентоспособной продукции и последующей передаче технической документации на дружественные предприятия-производители для освоения серийного производства и внедрения на предприятиях электроэнергетики. Инвестирование средств в создание высокоэффективного и конкурентоспособного оборудования энергетического машиностроения осуществляется путем научно-технического развития отраслевых институтов (центров компетенции) по направлениям технологий, разработки на их базе инновационного оборудования энергетического машиностроения, внедрения головных (пилотных) образцов на предприятиях электроэнергетики и серийного производства созданного оборудования на дружественных предприятиях-производителях. Преимуществами данного варианта являются отсутствие размытости научно-технологического потенциала отдельных предприятий, разрабатывающих и производящих оборудование энергетического машиностроения, для долгосрочного развития, возможность реализации отдельных прорывных направлений научно-технического развития, а рисками – некорректность выбора направлений инвестиций, отказ предприятий электроэнергетики от покупки результатов реализации инвестиционных проектов, несоответствие выбранных решений государственным задачам, неэффективность использования предприятиями электроэнергетики нового оборудования энергетического машиностроения;

- партнерский вариант, при реализации которого осуществляется развитие механизмов государственно-частного партнерства в части разработки и передачи инновационных технологий энергомашиностроения в электроэнергетику, привлечение электроэнергетических компаний, а также новых инвесторов, частного бизнеса к участию в реализации инвестиционных проектов в сочетании с усилением их роли в выработке и принятии решений. Данный вариант характеризуется процессом формирования и развития организационных структур государственно-частного партнерства (консорциумов), которые обеспечивают реализацию инвестиционных проектов на протяжении всего периода от создания до внедрения оборудования энергетического машиностроения, при этом государство в организационных структурах партнерства имеет определяющую и направляющую роль, осуществляемую путем управления интеллектуальной собственностью, создаваемой за счет средств федерального бюджета, а также применением мер государственного регулирования и государственной поддержки, при этом предприятия электроэнергетики в свою очередь принимают на себя обязательства (опционы) внедрения головных (пилотных) образцов оборудования энергетического машиностроения. Преимуществами данного варианта являются расширение круга инновационно-активных предприятий электроэнергетической отрасли, рост внебюджетного софинансирования, усиление координации проводимых разработок и, как следствие, сокращение сроков разработки нового оборудования, повышение вероятности успешного внедрения инвестиционных проектов, рациональность выбора направлений разработок, а рисками – длительное время, необходимое для отработки новых механизмов, усложнение системы управления и контроля мероприятий, направленных на реализацию Стратегии, рост издержек управления инвестиционными проектами по развитию энергетического машиностроения

При реализации данной Стратегии отдается предпочтение партнерскому варианту.

В рамках реализации партнерского сценария предусматривается опережающий рост затрат на НИОКР за счет средств федерального бюджета, обусловленный необходимостью первоочередной разработки бизнес-планов и технических проектов на технологии и технические средства, создаваемые в рамках инвестиционных проектов по созданию высокотехнологичного конкурентоспособного оборудования энергетического машиностроения.

В дальнейшем вариант эволюционного развития рассматриваться не будет как неприемлемый в условиях отсутствия необходимого объема бюджетных средств и дефицита времени на его реализацию.