Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Инновация энергетики в экономике. Теория, тенденции и перспективы. Монография
.pdf
Данное соотношение определено, исходя из величины резервной
мощности – 15% от максимальной нагрузки энергосистемы, и в том
числе, 2% аварийного резерва мощности.
Классификация систем по конфигурации суточных графиков
нагрузки энергосистем. Изменение электрической нагрузки энергосистемы во времени характеризуется суточным графиком нагрузки.
Графики нагрузки с относительно равномерным режимом энергопотребления в течение суток носят название
плотного графика (Рису-
нок 1).
Рисунок 1.
Плотный график электрической нагрузки энергосистемы.
Суточные графики с глубокой разгрузкой электростанций в ночной период, резкими пиками нагрузки в утренние и вечерние часы
носят название разуплотненных графиков. (Рисунок 1).
Рисунок 2.
Разуплотненный график электрической нагрузки энергосистемы.
Конфигурацию суточных графиков характеризуют следующие
показатели:
11
-коэффициент заполнения графика нагрузки в расчетные зимние
сутки
эн.сист.
N
β = N
– среднесуточная нагрузка энергосистемы;
ср
эн.сист.
ср.
/N
эн.сист.
max
эн.сист.
N
эн.сист.
N
– максимальная нагрузка энергосистемы в расчетные
max
ср
= Э
сут
потр.
/24
зимние сутки.
коэффициент неравномерности суточного графика нагрузки
эн.сист.
N
j = N
– минимальная нагрузка энергосистемы в расчетные
min
эн.сист.
min
/N
эн.сист.
max
зимние сутки.
(2)
(3)
( 4)
годовое число часов использования максимальной нагрузки
(5)
где ∑Э
год потр
.– годовое потребление электроэнергии потребителями
энергосистемы.
Увеличение h
за счет более равномерного режима энергопо-
max
требления уменьшает удельные расходы топлива на производство
электроэнергии и снижает себестоимость энергии, так как отсутствие больших провалов в графике нагрузки не требует вывода агрегатов в режим холостого хода или вывода из эксплуатации с последующим включением в работу. В зависимости от конфигурации
суточного графика выделяются:
энергосистемы с плотным графиком нагрузки, для которых β=
0,86 - 0,9, j= 0,74 - 0,82, h
= 6000 - 7000 ч/год. Это системы с вы-
max
соким удельным весом производственной нагрузки с равномерным
режимом потребления в течение года (черная, цветная металлургия);
12
энергосистемы с разуплотненным графиком, для которых характерен высокий удельный вес коммунально-бытовой нагрузки. (Мосэнерго, Ленэнерго);
системы, занимающие промежуточное положение между первым и вторым типом энергосистем.
Классификация систем по территориальному охвату. По территориальному охвату выделяются районные, объединенные энергосистемы и единые энергосистемы.
По характеру сетевых связей например, выделяются
системы, в
которых сетевые связи построены либо по принципу цепочки, когда
ЛЭП тянутся с севера на юг (ОЭС Урала), либо по принципу решетки (ОЭС Центра), либо имеют промежуточную конфигурацию.
1.2 Экономическая
эффективность при централизации энергоснабжения
Эффективность централизации энергоснабжения оценивается по
сравнению со схемой децентрализованного энергоснабжения и
предполагает расчет энергетического
и экономического эффекта.
Энергетический эффект централизации включает:
сокращение потребности во вновь вводимой мощности гене-
рации;
экономию топлива;
повышение надежности энергоснабжения.
Основными факторами сокращения потребности во вновь вводимой мощности являются:
Реализация нагрузочного эффекта. Нагрузочный эффект заключается в уменьшении установленной мощности энергосистемы за
счет несовпадения во времени
максимальных нагрузок потребите-
лей (Таблица 2).
При децентрализованной схеме энергоснабжения установленная
мощность двух электростанций равна 250 МВт. В схеме централизованного электроснабжения для покрытия совмещенного суточного графика нагрузки необходимая мощность составляет 235 МВТ
при снижении мощности генерации 15 Мвт (ΔN нагр).
13
Таблица 2.
Расчет нагрузочного эффекта.
График нагрузки
Часы суток
0-3 100 80 180
4-6 110 82 192
7-9 150 85 235
10-12 130 100 230
13-16 125 90 215
17-20 105 95 200
21-23 100 92 192
N
первого потребителя
= 150 N
max 1
График нагрузки
второго потребителя
= 100 N
max 2
Совмещенный
график нагрузки
совм.
max
= 235
Реализация долготного эффекта. Долготный эффект наблюдается в результате несовпадения максимальных нагрузок потребителей,
расположенных в разных часовых поясах (ΔNдолгот.).
Экономия резервной мощности за счет создания единого диспетчерского резерва мощности (Рисунок 3).
Рисунок 3.
Объединение электростанций на параллельную работу.
14
При децентрализованной схеме энергоснабжения установленная
мощность электростанций равна N
= 7 ·50 МВт =350 МВт, в том
у
числе резервная мощность составляет 100 МВт.
Объединение на параллельную работу электрических станций
(Рисунок 3), путем строительства линии электропередачи (доп.
ЛЭП) позволит содержать в резерве один агрегат 50 МВт, в результате экономия мощности составит 50 МВт.
- возможность использования свободной не дублируемой мощ-
ности ГЭС и отказ от ввода такой
же мощности на ТЭС(ΔN
гэс
) при
объединении на параллельную работу ТЭС и ГЭС
- в тоже время в ЛЭП, объединяющей станции на параллельную
работу, возникают дополнительные потери мощности ΔN
пот.ЛЭП.
В результате создания энергосистемы изменение установленной
мощности по сравнению со схемой децентрализованного энергоснабжения составит:
ΔN
КЭС
=ΔN
нагр.
+ ΔN
долгот.эф.
+ ΔN
эф.
за сч .испол. своб. мощ. ГЭС
– ΔN
пот.
+ ΔN
рез.
(6)
Исходя из соотношения экономии мощности и дополнительными потерями в ЛЭП (ΔN
пот.ЛЭП
), возникает или экономия мощности
или потребность в дополнительной мощности.
При положительном результате сокращение ввода мощности на
величину ΔN
будет происходить на конденсационных станциях,
КЭС
так как их мощность не ограничивается ни тепловой нагрузкой, ни
гидроресурсом и поэтому именно мощные, высокоэкономичные
КЭС или АЭС замыкают перспективный баланс мощности энергосистемы, т.е. в последнюю очередь используются в балансе энергосистемы.
В процессе создания электроэнергетических систем в линиях
электропередач, объединяющих на параллельную
станции, возникают потери энергии (Э
) требующие увеличения
пот
работу электро-
выработки электроэнергии на электростанциях.
Изменение выработки энергии произойдет на КЭС, замыкающих
баланс энергии в районе, которыми являются самые низко экономичные станции, вовлекаемые в последнюю очередь в баланс энергии района.
15
Энергетический эффект проявляется в экономии топлива на теп-
ловых электростанциях энергосистемы, возникающей в результате:
- экономии топлива за счет использования свободной мощности
ГЭС и увеличения на них выработки электрической энергии вместо
КЭС (ΔВ
за счет ГЭС
);
- экономии топлива на ТЭС за счет улучшения их режима рабо-
ты в суточном графике системы (выработка электроэнергии ГЭС
размещается в переменной, выработка ТЭС – в базовой зоне графика, что снижает удельные расходы топлива на ТЭС) (ΔВ
ТЭС
режим
);
- экономии топлива в связи с улучшением условий концентра-
ции мощности. (ΔВ
концен.
ТЭС
) электростанций и блоков.
Наряду с экономией имеет место дополнительный расход топли-
ва на компенсацию потерь энергии в ЛЭП (ΔВ
пот лэп
).
В результате экономия топлива в энергосистеме составит:
ΔВ
= ΔВ
эк.
засч ГЭС
+ ΔВ
режим ТЭС
+ ΔВ
конц. ТЭС
– ΔВ
ЛЭП пот.
(7)
Экономический эффект централизации энергоснабжения рассчи-
тывается при условии достижения энергетического эффекта.
Экономический эффект централизации энергоснабжения проявляется в экономии затрат по сравнению с децентрализованной схемой энергоснабжения. При этом следует учитывать, что наряду с
экономией затрат возникают дополнительные затраты, которые могут свести "на нет", получаемую экономию.
В частности в
результате объединения электростанций на парал-
лельную работу имеют место:
- экономия капитальных вложений в результате:
- снижения установленной мощности КЭС за счет использования
свободной, не дублируемой мощности ГЭС (ΔК
- снижения величины резервной мощности (ΔК
- улучшения условий концентрации мощности (ΔК
кэс
);
резер
);
конц
);
- дополнительные капитальные вложения за счет:
- строительства ЛЭП (К
ЛЭП
);
- создания системы АСДУ, поскольку параллельная работа элек-
тростанций в составе энергосистемы требует централизации управления режимами их работы (ΔК
АСДУ
).
В результате изменение капитальных затрат при создании энергосистемы составит:
16
ΔК =К
ЛЭП
+ ΔК
ГЭС
– ΔК
КЭС
– ΔК
резер.
– ΔК
конц.
+ ΔК
АСДУ
(8)
В зависимости от соотношения экономии и дополнительных капитальных затрат возникает экономия или перерасход средств.
Учитывая значительную капиталоемкость протяженных системообразующих ЛЭП высокого напряжения и системы диспетчерского
управления, как правило, дополнительные капитальные вложения
превышают экономию капитальных затрат. Экономия издержек на
электростанциях:
- экономия топливных затрат (ΔИ
топл
);
- экономия постоянных издержек на КЭС, возникающая в связи
пост.
с уменьшением их установленной мощности (ΔИ
КЭС
) и улучше-
нием условий концентрации мощности в энергосистеме
конц.
пост.
);
(ΔИ
- снижение издержек на содержание резервной мощности
резер
).
(ΔИ
Дополнительные издержки:
- на ГЭС в основном в виде водного налога, вызванные увеличе-
доп.
доп.
);
);
нием выработки электроэнергии на ГЭС (ΔИ
- на эксплуатацию и содержание ЛЭП (ΔИ
- на содержание АСДУ (ΔИ
АСДУ
доп.
).
ГЭС
ЛЭП
Экономия (перерасход) издержек определяется по формуле
ΔИ= ΔИ
топл
+ ΔИ
конц.
пост
+ΔИ
резер
- ΔИ
ГЭС
доп
- ΔИ
ЛЭП
доп
- ΔИ
АСДУ
доп
(9)
В случае, если имеют место экономия издержек и дополнительные капитальные затраты, следует определить общественную эффективность по критерию минимума дисконтированных затрат и
коммерческую эффективность вложения инвестиций в создание
электроэнергетической системы по критериям чистого дисконтированного дохода, срока окупаемости, внутренней ставке доходности
и индексу доходности инвестиций.
17
2. МЕЖДУНАРОДНЫЙ ОПЫТ РАЗВ И Т И Я АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
2.1. Определение, потенциал и направления развития альтернативной энергетики
В связи с повышением доли парниковых газов в атмосфере и
возможным подъемом температуры на планете, вопрос применения
альтернативных источников энергии особенно актуален. В работе
представлены пути решения проблемы, связанные с применением
солнечной энергии в системах
нагрева воды и отопления для промышленных и бытовых потребителей. Проведенный анализ показывает перспективность и экономическую целесообразность внедрения проектов с солнечными источниками энергии на территории
России.
В настоящее время на долю Российской Федерации приходится
пятая часть мирового потребления энергоресурсов. При этом энергетические затраты на единицу продукции по-прежнему
остаются,
как и в бывшем СССР, едва ли не самыми высокими в мире. В
начале 1990-х гг. еще до начала спада промышленного производства, отечественные предприятия были почти в 2,5 раза более энергоемкими чем в Западной Европе. К концу второго тысячелетия потребление энергии на единицу продукции в РФ возросло
по сравнению с США в 3 раза, с Китаем в 4 раза и почти в 5 раз стало больше
чем в Японии или Германии [5]. Несмотря на введение в 1996 г. Закона «Об энергосбережении», энергетические затраты отечественной экономики выросли за это время на 46 % и более чем на 30 %
увеличились энергопотребление на производство продукции страте
-
гического назначения (сталь, чугун, алюминий и др.). Доля энергетических затрат в себестоимости вырабатываемой в РФ продукции
и услуг в среднем составляет:
– в промышленности – 18 %;
– на транспорте – 17 %;
– в сельском хозяйстве – 11 %.
Как показывают расчеты, снижение удельной энергоемкости
ВВП всего лишь на 1 %, дает прирост национального дохода на 0,3–
0,4 %.
18
Нельзя сказать, что в современной России не предпринимаются
попытки по снижению энергоемкости экономики. За последнее десятилетие макроэкономическая политика государства позволила
снизить энергоемкость ВВП в среднем на 5 % в год. Максимальный
достигнутый уровень составил 7,5 % в 2000 г. Несмотря на появившиеся положительные сдвиги в динамике энергоемкости ВВП, Россия по-прежнему является лидером
в числе 6 крупнейших стран по
выбросу парниковых газов. На ее долю приходится около 5 % мировых выбросов парниковых газов [3].
В 2006 г. Минэкономразвития России разработало два сценария
по выбросам парниковых газов с учетом долгосрочной перспективы. Согласно «Базовому сценарию» (предполагающему консервативный путь развития экономики) и «Сценарию быстрого развития»
(предполагающего инновационный путь
развития), выбросы парни-
ковых газов не будут превышать к 2020 г. 94 % от уровня 1990 г.
Прогноз достаточно оптимистичный, если не брать в расчет основные тенденции развития нашей экономики. Как показывает практика, выбросы парниковых газов зависят от структуры промышленного производства, стоимости энергоресурсов, политики государства
по снижению выбросов и отношении к
проблемам экологии, а также потенциала роста промышленного производства в стране. Анализ данных аспектов показывает, что в структуре экономики РФ в
основном доминируют сырьевые отрасли – нефтяная, газовая,
угольная и металлургические. Их бурное развитие формирует широкое повсеместное использование углеводородного сырья во всех
областях энергетики и диктует уровень цен на энергоносители
.
Прибыль нефтегазового сектора ставится во главу угла современной
российской экономики, так как она является основой формирования
бюджета нашего государства. Засилье традиционных сырьевых технологий и их лоббирование на самом высоком уровне, не дает возможности применения новых ресурсосберегающих технологий, переход на альтернативные источники энергии, отказ от затратных и
энергоемких
технологий и производств. В странах с развитой экономикой усилия государства и бизнеса направлены на сохранение
ценного углеводородного сырья, имеющего огромный потенциал в
будущем. Предполагается, что при дальнейшем развитии технологий глубокой переработки, его можно будет использовать на более
серьезные цели, а не просто сжигать в топках многочисленных пе-
19
чей и котлов, тем самым увеличивая долю парниковых газов в атмосфере.
Данные вопросы находят свое отражение на самом высоком
уровне, о чем свидетельствуют слова Президента России Д.А. Медведева, который в своем выступлении на первом заседании комиссии по модернизации и технологическому развитию экономики выделил в качестве одного
из направлений по модернизации энергоэффективность и энергосбережение (в том числе и вопросы разработки новых видов топлива).
В контексте этого направления, применение солнечной энергии
как альтернативного источника для промышленного и бытового потребления, позволит решить несколько основных природоохранных
задач:
– сокращение загрязнения воздушной среды вредными выбросами;
– сохранение природных
запасов органического топлива;
– уменьшение размера отчуждаемой земли под шахты, транспортные магистрали, терриконы и т. д.;
– сохранение кислорода за счет снижения количества сжигаемого топлива;
– сохранение природных ландшафтов, климатических условий.
Природоохранный эффект каждого из перечисленных результатов
можно представить следующим выражением:
= В · Пл i р · Vi р, (10)
Э
ф
где В – экономия топлива при использовании солнечной энергии (т
у.т); П
V
– расход i-го ресурса в расчете на одну тонну топлива в услов-
i р
– плата за i-й ресурс (топливо, землю, кислород), тенге.;
л i р
ном исчислении.
Повышение эффективности использования потребляемой энергии является определяющим, но не единственным фактором для
снижения энергоемкости ВВП. Изменение структуры экономики
(например, переход от производства сырья и материалов к менее
энергоемким производствам) также играет важную роль. Снижение
энергоемкости
позволит разорвать связь между объемом выбросов
СО2 и экономическим ростом. Таким образом значительное сокращение доли углеводородов в структуре ВВП будет обусловлено,
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]