Возобновляемые источники энергии в энергетике газовой отрасли; перспективы и аспекты применения ВИЭ на объектах ПАО «Газпром»

21 декабря 2016

Издание: научно-технический и производственный журнал «Газовая промышленность»
Автор статьи: заместитель генерального директора ОАО «НИПОМ», к.т.н. С.В. Голубев


В статье рассмотрены вопросы применения возобновляемых источников энергии (ВИЭ) для энергообеспечения объектов Единой системы газоснабжения России. Актуальность использования природных энергоресурсов и создание автономных блочно-комплектных энергоустановок на базе ВИЭ обусловлена необходимостью оптимизации затрат на организацию энергообеспечения объектов ЕСГ, требованиями законодательства в части энергосбережения и повышения эффективности использования природных ресурсов, а также требованиями импортозамещения изделий зарубежных производителей современными энергоустановками российского производства. Проведены обзор и систематизация результатов многолетних исследований потенциала ветровой и солнечной энергии на территории Российской Федерации. Определены районы РФ, перспективные для использования ВИЭ на объектах газовой отрасли. Сформулированы основные критерии для выбора оптимальной конфигурации энергоустановок на базе ВИЭ.

Возможность использования возобновляемых источников для выработки необходимой энергии актуальна во всем мире [1]. В последние десятилетия во многих странах действовали специальные государственные программы поддержки развития технологий создания и использования ВИЭ [2].

Однако, несмотря на достаточно высокий уровень интереса к использованию ВИЭ, среди специалистов постоянно возникают споры об эффективности и даже целесообразности развития данного направления. Причинами этих разногласий являются относительно невысокий уровень энергоотдачи основных фондов (в среднем по году – около 15 % от суммарной производительности установленного оборудования) и высокая стоимость оборудования электростанций на базе ВИЭ.

Но именно вышеуказанные разногласия являются объективным поводом для проведения анализа достоинств и недостатков ВИЭ, определения оптимальных технических решений и сфер применения электростанций и энергоустановок на базе возобновляемых источников энергии.

Итак, достоинства и преимущества ВИЭ:

  • высокий уровень автономности;
  • для выработки энергии не требуется топлива, так как источником является энергия солнца, ветра, потока газа;
  • на территории РФ значительная часть регионов обладает достаточным ветровым или сол- нечным потенциалом для использования ВИЭ;
  • современное состояние дел и темпы развития технологий уже сегодня обеспечивают достаточно высокий уровень и постоянный рост эффективности использования потенциала возобновляемых источников энергии (особенно в солнечной энергетике);
  • современное оборудование электростанций и энергоустановок на базе ВИЭ имеет значительный срок службы (20 лет и выше) и достаточно высокий уровень надежности;
  • наличие накопителя электроэнергии (аккумуляторных батарей) позволяет обеспечить покрытие кратковременных пиковых нагрузок (в 5–7 раз превышающих номинальные) без увеличения капитальных затрат;
  • энергоустановки на базе ВИЭ характеризуются низким уровнем эксплуатационных затрат с периодичностью технического обслуживания не чаще одного раза в год;
  • современный уровень автоматизации энергоустановок на базе ВИЭ реально позволяет обеспечить их функционирование по безлюдной технологии с осуществлением полномасштабного дистанционного контроля за техническим состоянием всех элементов энергоустановки;
  • высокий уровень экологичности энергоустановок на базе ВИЭ.

Но наряду с достоинствами ВИЭ имеют и ряд существенных недостатков:

  • в-первую очередь это относительно высокая стоимость энергоустановок на базе ВИЭ за счет стоимости некоторых комплектующих (например, стоимость аккумуляторных батарей для накопления энергии может достигать 50–60 % от стоимости и объема всей энергоустановки);
  • значительная удельная площадь солнечных панелей (1 м2 на 150–200 Вт) – правда, этот показатель имеет серьезную тенденцию к улучшению;
  • зависимость выработки энергии от времени суток и сезонов года;
  • длительный срок окупаемости (реальный срок окупаемости только «на тарифе» составляет 12–15 лет).

Анализ вышеперечисленных достоинств и недостатков позволил сделать следующие выводы.

1. Электростанции и энергоустановки на базе возобновляемых источников энергии без резервных топливопотребляющих источников или внешней сети могут обеспечить категорию надежности электроснабжения потребителей не выше 3-й, с достаточно частыми и длительными перерывами питания.

2. В электростанциях и энергоустановках на базе ВИЭ без резервных источников потенциально присутствует вероятность преждевременной потери емкости аккумуляторных батарей из-за продолжительных периодов неполного заряда.

3. Увеличение количества солнечных панелей, ветрогенераторов, емкости аккумуляторных батарей в составе энергоустановок значительно увеличивает капитальные затраты и срок окупаемости, но не повышает уровень надежности электроснабжения потребителей.

4. Автономные электростанции и энергоустановки на базе ВИЭ (не имеющие силовой связи с внешней сетью) должны иметь в своем составе резервный источник электроэнергии, независимый от ветровой и солнечной активности в месте размещения.

5. В составе автономных электроустановок возобновляемые источники энергии и резервный источник взаимно дополняют друг друга и обеспечивают оптимальный режим функционирования энергоустановки в целом, а именно:

  • значительно повышается коэффициент использования и снижается расход топлива, так как время работы резервного (топливопотребляющего) источника составляет не более 20 % от общего времени работы энергоустановки;
  • по этой же причине снижается общее количество выбросов и повышается экологичность энергоустановок на базе ВИЭ (по сравнению с энергоустановками на базе топливопотребляющих источников);
  • при использовании в качестве резервных источников дизель-генераторных и газопоршневых агрегатов значительно улучшается показатель удельной стоимости на 1 кВт установленной мощности энергоустановки, так как стоимость этих резервных источников составляет не более 10 % от общей стоимости изделия;
  • при использовании резервных источников на базе термоэлектрических генераторов (ТЭГ) значительно увеличивается КПД энергоустановки в целом, так как КПД базовых источников на базе ВИЭ в 4–5 раз выше, чем ТЭГ (при этом частично снижается стоимость комбинированной энергоустановки по сравнению с энергоустановкой на базе ТЭГ).

6. Автономные энергоустановки на базе возобновляемых источников энергии с резервными источниками обеспечивают уровень надежности электроснабжения потребителей на уровне 1-й категории, а при наличии комплекта ИБП – на уровне особой группы ОГ-1.

7. Учитывая значительный срок окупаемости энергоустановок на базе ВИЭ за счет экономии «на тарифе», решение о целесообразности применения таких энергоустановок необходимо принимать по результатам сравнения капитальных затрат на альтернативные варианты организации энергообеспечения объекта.


8. По результатам изучения режимов энергопотребления различными технологическими объектами ПАО «Газпром» комплектные автономные энергоустановки на базе ВИЭ могут эффективно использоваться для энергообеспечения следующих потребителей:

  • установки мощностью до 1,0 кВт – для электроснабжения станций геомониторинга, систем контроля загазованности на переходах газопроводов через инженерные сооружения или преграды, систем антикоррозийного мониторинга, оборудования ТМ на УЗПОУ газопроводов-отводов, отдельно стоящих импульсных станций коррозионной защиты, систем светоограждения отдельно стоящих вышек связи и опор ЛЭП, а также систем освещения вертолетных площадок;
  • установки мощностью 2,0– 5,0 кВт – для электроснабжения линейных объектов магистральных и распределительных газопроводов (крановые узлы, КП ТМ, СКЗ, оборудование связи, КИТСО, УЗПОУ), небольших ГРС;
  • установки мощностью 5– 10 кВт – для электроснабжения ГРС, КРП, УРГ, УЗРГ, а также линейных объектов связи (ПРС, РРЛС);
  • установки мощностью 10– 20 кВт – для электроснабжения крупных ГРС, КРП, ГИС, ДЛО.

А в каких же районах возможно применение энергоустановок на базе ВИЭ?
Какую выбрать комплектность энергоустановок для конкретного района?

Выше уже отмечалось, что на территории РФ значительная часть регионов обладает достаточным ветровым или солнечным потенциалом для использования ВИЭ [3], [4]. Если посмотреть на карты ветровой и солнечной активности России, можно сделать следующие выводы:

  • стабильная ветровая активность присутствует на побережье всех морей и в степных районах;
  • стабильная солнечная активность (мало зависящая от време- ни года) имеется в южных районах страны и в Якутии;
  • практически идеальное сочетание ветровой и солнечной активности обеспечивается на побережье южных морей и в южных степях;
  • хорошее сезонное сочетание ветровой и солнечной активности присутствует в районах северной тундры (летом – круглосуточный полярный день, зимой – ветра, метели; весной и осенью – дневная солнечная активность и ветра);
  • в районах средней полосы имеется неплохой уровень солнечной активности в весенне-летний период и периодическая ветровая активность среднего уровня;
  • самыми неперспективными для применения энергоустановок на базе ВИЭ считаются северо-западные районы России (не считая побережья Финского залива и Балтийского моря). Здесь на относительно большое количество пасмурных и безветренных дней накладывается наличие централизованных электрических сетей, что склоняет чашу весов в пользу последних.

Представленные выводы говорят о возможности применения солнечных модулей во многих районах нашей страны (кроме северо-запада) в качестве базового источника энергии. При оценке целесообразности использования и эффективности применения ветрогенераторов рекомендуется руководствоваться следующими критериями [5], [6]:

  • стоимость ветрогенераторов малой (до 10 кВт) мощности составляет не более 5 % от стоимости энергоустановки на базе ВИЭ;
  • эффективная работа ветрогенераторных установок обеспечивается при стабильных ветрах скоростью от 7,0 м/с. Поэтому использование ветрогенераторных установок в качестве базового источника электроэнергии целесообразно только в районах со среднегодовой скоростью ветров не менее 7,0 м/с;
  • в районах со среднегодовой скоростью ветров от 4,0 до 7,0 м/с возможно использование ветрогенераторов в качестве вспомогательного источника для получения дополнительного (но не гарантированного) количества электроэнергии;
  • в районах со среднегодовой скоростью ветров менее 4,0 м/с использование ветрогенераторов неэффективно и нецелесообразно;
  • кроме районных показателей ветровой активности на эффективность работы ветрогенераторов сильное влияние оказывает наличие естественных или искусственных препятствий в местах установки. Применять ветрогенераторы следует в местах, максимально открытых для ветра.

В заключение необходимо отметить, что в августе 2015 г. в ООО «Газпром трансгаз Москва» на площадке КРП-16 была завершена опытно-промышленная эксплуатация и проведены приемочные испытания головного образца блочно-комплектной энергоустановки серии БКЭУ-ВСМ резервным дизельгенераторным агрегатом и буферно-накопительной аккумуляторной батареей с запасом энергии 20 кВт·ч.

В настоящее время эта установка продолжает работать на КРП-16.

По состоянию на конец октября 2016 г. выработка электроэнергии составила более 5,5 тыс. кВт·ч электроэнергии, что подтверждает возможность и целесообразность применения энергоустановок на базе возобновляемых источников энергии даже в районах со средним уровнем ветровой и солнечной активности. В настоящее время специалистами ОАО «НИПОМ» разработаны и освоено производство целого ряда модификаций блочно-комплектных энергоустановок серии БКЭУ-ВСМ различного на- значения. Но об этом – в следующих выпусках журнала.

ЛИТЕРАТУРА

1. О перспективах использования на объектах ПАО «Газпром» автономных энергоустановок отечественных производителей. – [Электронный ресурс.] – Режим доступа

2. Федеральный закон от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ (ред. от 13.07.2015) «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».

3. Карта районов солнечной активности на территории России [Электронный ресурс].

4. Карта районов ветровой активности на территории России [Электронный ресурс].

5. Методика оценки эффективности и выбора оптимальной модификации автономных энергетических установок серии БКЭУ-ВСМ производства ОАО «НИПОМ» на базе ветро-солнечных модулей, внутренний документ ОАО «НИПОМ», г. Дзержинск, 2015 год, с. 6–11.

6. Программа расчета необходимой производительности ветрогенераторных установок и солнечных модулей для выбора оптимальной комплектации ветро-солнечных энергоустановок компании «Фабрика тока». – [Электронный ресурс] – Режим доступа 

Читать в первоисточнике

подписаться на рассылку

Подпишитесь на рассылку, чтобы быть в курсе актуальных новостей, анонсов мероприятий и полезной информации, касающихся компании "НИПОМ" и ее продукции