2 Оценка перспектив развития малой генерации на Дальнем Востоке рф

2.1 Обзор текущего состояния дальневосточной энергетики и основных перспектив развития малой генерации региона

Российская Федерация обладает существенными запасами практически всех видов энергетических ресурсов, особенно ископаемых таких как нефть, уголь и газ. Принято считать, что при наличии больших запасов органического топлива вопросы энергоэффективности и внедрения современных технологий на основе возобновляемых источников энергии не самый актуальный вопрос. Однако вышеуказанные ископаемые ресурсы энергетики распределены по территории страны неравномерно.

Важной чертой существующей энергетической системы России является высокая степень централизации. Около 90% общего количества электроэнергии производится крупными электростанциями, которые выдают электроэнергию в разветвленную электрическую сеть.

При этом данная степень централизации характерна для густонаселенных регионов европейской части страны и ряда областей Сибири, в то время как малонаселенные регионы Сибири и множество регионов Дальнего Востока (вместе составляющие большую часть территории РФ) характеризуются низкой степенью присоединения к централизованным энергетическим системам. Там электроэнергия в основном вырабатывается автономными дизельными генераторами небольшой мощности. Негативной стороной данной централизации являются большие затраты на транспорт и значительные потери энергии при транспортировке и передаче на большие расстояния [9, с. 27].

Изолированность территорий является ключевой особенностью дальневосточного энергетического комплекса. Она обуславливается огромными расстояниями между регионами, а внутри них – между городами и поселками. В годы СССР единой энергосистемы на Дальнем Востоке создано не было. А на данный момент только генерация в южных регионах (Хабаровский и Приморский края, Амурская область, Еврейская автономная область, а также юг Якутии) работает в рамках объединенной энергосистемы (ОЭС) Востока, на остальных же территориях действует пять изолированных энергосистем. В том числе две – в той же Якутии. При этом и сама ОЭС Востока изолирована от остальной части РФ [12].

Наличие данных особенностей энергетического комплекса Дальнего Востока приводит к тому, что некоторые районы страдают от реального дефицита электроэнергии, в то время, как другие являются энергоизбыточными. Однако возможность осуществления перетоков электроэнергии фактически отсутствует ввиду вышеуказанной изолированности территорий, невозможности сетевого охвата огромных площадей региона, либо общего износа имеющихся сетей, приводящего к превышению всех допустимых пределов потерь даже при передаче на не самые большие расстояния [26, c. 69].

Наглядно представим зоны автономного и централизованного энергообеспечения Дальнего Востока (Рисунок 1).

Рисунок 1 – Карта энергообеспеченности Дальнего Востока

Значительной проблемой является наличие обширных децентрализованных зон с энергоисточниками, введенными в 60-80-х годах прошлого века, локализованными в каждом отдельном населенном пункте.

В частности, в Якутии с ОЭС Востока связан только Южно-Якутский энергорайон, в то время как Центральный и Западный энергорайоны являются изолированными энергоузлами. Северный энергорайон республики является зоной исключительного децентрализованного энергообеспечения и является территорией с площадью 2200 тыс. км² (71% от всей территории субъекта) и населением 150 тыс. чел. (16% от общего населения субъекта) и 175 населенными пунктами. В данных районах локальная энергетика представлена почти 200 дизельными электростанциями, для функционирования которых ежегодно завозится более 120 тыс. тонн дизельного топлива.

Зоной децентрализованного энергоснабжения Хабаровского края является Николаевский район с площадью 17,188 тыс. км² (2,2% территории края), населением 32,8 тыс. чел. (2,3% от населения края), 27 населенных пунктов, в т. ч. 1 город, 3 рабочих поселка, 4 поселка и 19 сел. Потребители зоны децентрализованного энергоснабжения в крае обеспечиваются электрической энергией более чем 80 дизельных электростанций.

Сахалинская область в силу своего расположения изолирована от других регионов. На острове Сахалин действует изолированная Сахалинская энергосистема. Также на других островах действуют иные изолированные энергоисточники. Общая площадь, покрываемая ими, составляет 87,1 тыс. км² (100%), население 510,8 тыс. чел. (100%), 22 муниципальных образования и 1 муниципальный район с 2 городскими и 1 сельским поселением. В регионе функционирует 22 энергоузла с децентрализованным энергоснабжением, в том числе 11 энергоузлов на Курильских островах.

В Камчатском крае имеется 6 изолированных энергоузлов с автономными (локальными) энергоисточниками. К зоне исключительно децентрализованного энергоснабжения относятся районы бывшего Корякского АО. Площадь зоны децентрализованного энергоснабжения составляет 292,6 тыс. км² (62% от общей территории края), население – 83,5 тыс. чел. (24% от населения края), одно городское и 27 сельских поселений.

Чукотский АО содержит три изолированных энергорайона. Общая площадь – 721,5 тыс. км², население – 48,6 тыс. чел., 3 города, 15 населенных пунктов городского типа и 45 сельских населенных пунктов.

Всего зона децентрализованного энергоснабжения Дальневосточного федерального округа охватывает 986,9 тыс. чел., проживающих в 355 населенных пунктах.

Установленная мощность крупных и мелких ДЭС составляет 665 МВт, из этой мощности 494 единицы составляют дизельные электрические станции (ДЭС), а число агрегатов – 1600. Количество децентрализованных котельных составляет более 2000, не менее 5000 котлоагрегатов, их тепловая мощность – 6000 Гкал/ч [19].

Дальневосточная энергетика долгие годы была недостаточно инвестирована и в нынешней ситуации многие блоки, а то и целые станции нуждаются в реконструкции или полной замене. Современное техническое состояние объектов энергетического хозяйства в большинстве регионов Дальнего Востока представляет реальную угрозу возрастания аварийности, поскольку порядка 70% генерирующих мощностей находится в эксплуатации от 20 до 40 лет, а износ данных мощностей переходит отметку в 60%. Оставшиеся же 30% мощностей находятся в эксплуатации более 40 лет. Общая доля эффективного оборудования составляет лишь 22,8%. Такая статистика говорит о том, что внушительное количество энергетических объектов Дальневосточного региона подлежит списанию и замене на новые мощности [12].

В целом текущее состояние систем децентрализованного энергообеспечения Дальневосточного федерального округа характеризуется невысоким коэффициентом установленной мощности (при вариациях значений – от 0,01 до 0,4 среднее значение по ДФО составляет всего 0,19), достаточно низким коэффициентом полезного действия (среднее значение которого составляет 0,34), высоким удельным расходом условного топлива, а также немалыми потерями в сетях (в тепловых до 50%, в электрических – от 16% до 22%) [19].

Таким образом, уже достаточно давно как нужды населения, потребности развития промышленности, транспорта, сельского хозяйства, а также элементарные эксплуатационные особенности существующих мощностей требуют более активного продвижения малой энергетики на Дальний Восток, где помимо отсутствия возможности компенсации нехватки электроэнергии достаточно остро стоят вопросы технологического и эксплуатационного характера [26, c. 70].

Дальневосточный регион РФ обладает огромными ресурсами ветровой, геотермальной, солнечной энергии, энергии биомассы, гидроэнергетическими ресурсами.

Развитие в Дальневосточном регионе объектов малой генерации, основывающихся на возобновляемых источниках энергии представляется весьма перспективным несмотря на ряд его специфических особенностей. Претворение в жизнь проектов малой энергетики даст стимул к развитию Дальневосточного федерального округа в целом. Объекты малой энергетики, являясь местными рассредоточенными источниками энергии, могут быть эффективно использованы для такого децентрализованного энергоснабжения. Внедрение малой энергетики даст возможность повысить энергетическую безопасность регионов Дальнего Востока и повысить коэффициент самообеспечения [19].

Новые проекты в области альтернативной энергетики могли бы заместить выбывающие устаревающие дизельные мощности в регионе, а их внедрение и эксплуатация несли бы в себе, как экономический, так и экологический смысл. Однако в настоящее время альтернативные источники энергии (за исключением крупных гидроэнергетических объектов) используются очень ограниченно, как в целом по стране (менее 1% от общего объема), так, следовательно, и на территории Дальнего Востока РФ [15].

Развитие малой энергетики ДФО может быть направлено на снижение ее затрат путем строительства генерирующих объектов, использующих возобновляемые источники энергии (ВИЭ). Стратегической задачей развития энергетики является удовлетворение перспективного спроса на электроэнергию со стороны новых потребителей путем дальнейшего освоения гидроэнергетического потенциала Дальнего Востока.

Как уже было указано выше регионы Дальнего Востока РФ обладают колоссальным природным потенциалом для внедрения технологий на базе возобновляемых источников энергии, а при высоких затратах на привозное топливо реализация данного потенциала может позволить достичь окупаемости вложений в современные энергоустановки, а в перспективе 10-15 лет осуществить сдерживание себестоимости электроэнергии за счет экономии дизельного топлива. Поэтому крайне важно, осуществлять проектировку и внедрение объектов «малой энергетики», использующих именно те источники энергии, которые позволили бы свести к минимуму завоз топлива в отдаленные и труднодоступные регионы, особенно районы Крайнего Севера [12].

Так, например, основными направлениями развития альтернативной энергетики Камчатского края являются перевод большинства электро- и теплогенерирующих мощностей на максимальное использование ВИЭ, строительство высоковольтных линий электропередачи, направленное на укрупнение изолированных энергоузлов и повышение энергетической безопасности.

Также на значительной части территории региона находятся глубинные теплые источники. Горячие подземные воды на Камчатке, имеют потенциал 20 млн. тонн условного топлива в год. Водяной пар из месторождений подземных вод можно использовать для производства электроэнергии и тепла. На данный момент в данном регионе эксплуатируются три ГеоЭС – Мутновская (50 МВт), Верхне-Мутновская (12 МВт), а также Паужетская (12 МВт).

Но, несмотря на уже имеющиеся мощности, для развития геотермальной энергетики в регионе остается огромный потенциал. По предварительным данным Института вулканологии Дальневосточного отделения Российской академии наук, уже выявленные геотермальные ресурсы позволяют полностью обеспечить Камчатку теплом и электричеством на долгосрочную перспективу, да и в целом геотермальный потенциал данного региона намного превышает показатель Исландии – страны, входящей в число флагманов в области геотермальной энергетики, сумевшей в силу геологических особенностей и других природных факторов, а также экономических и исторических причин добиться максимально эффективного использования тепла своих недр. Также значительный потенциал имеет развитие в крае гидроэнергетики, в том числе малой.

Оптимизация малой энергетики края посредством использования геотермальных ресурсов для нужд отопления, внедрения ветровых энергетических установок и малых гидроэнергетических станций в изолированных энергоузлах Камчатского края позволит обеспечить сдерживание тарифов на электроэнергию, а в перспективе и их снижение, следовательно, кардинально улучшатся предпосылки для формирования в регионе комфортной среды обитания человека.

В большинстве изолированных районов Якутии уровень солнечной активности колеблется от 700 до 1,2 тыс. кВт⋅ч на квадратный метр в год, что может показаться весьма скромным показателем, но, например, в Германии, которая является мировым лидером по установленной мощности солнечных электростанций (СЭС), DNI в течение года составляет 0,9-1,1 тыс. кВт⋅ч на квадратный метр в год.

На данный момент определенная степень реализации альтернативной энергетики в Якутии уже есть, и она выступает дополнением к мощностям, работающим на дизельном топливе. Так, например, в 2015 г. в якутском поселке Батагай была сдана в эксплуатацию первая очередь солнечной электростанции мощностью 1 МВт, которая является крупнейшей в Заполярье. Ее фотоэлектрический массив состоит из более чем 3 тысяч поликристаллических панелей Suntech по 300 Вт. Такое оборудование может успешно функционировать даже в суровом климате на протяжении как минимум 25 лет. СЭС Багатай способна вырабатывать ежегодно 1,2 миллиона кВт⋅ч электричества, что дает экономию в 300 тонн дизельного топлива в год. Также на территории республики эксплуатируются 8 солнечных электростанций малой мощности (по нескольку десятков кВт).

Развитие гелиоэнергетики в республике в будущем может стать реальным инструментом сдерживания тарифа на электроэнергию в изолированных Центральном и Западном энергорайонах, конечно с учетом времени, требуемого на окупаемость затрат. Стоит, однако учитывать, что при всей перспективности гелиоэнергетики, она не может выступить как полная замена традиционной генерации. Зависит это в первую очередь от переменчивости погодных условий в тех районах Якутии, в которых внедряется данный тип альтернативной энергетики.

А самым солнечным регионом России является Приморский край, где показатель DNI (уровень солнечной иррадиации), по данным NASA (National Aeronautics and Space Administration), составляет около 1,7 тыс. кВт⋅ч на квадратный метр в год, или 4,5 кВт⋅ч на квадратный метр в день. Для сравнения: в Краснодарском крае этот показатель составляет менее 1,5 тыс. кВт⋅ч на квадратный метр в год.

В Чукотском автономном округе и Магаданской области, для обеспечения энергией прибрежных районов ежегодно тратится более половины бюджетных средств, выделяемых соответствующим муниципальным образованиям. При этом данные регионы обладают значительным природным потенциалом, который необходим для реализации проектов в сфере ветроэнергетики. В прибрежных районах вышеуказанных субъектов федерации среднегодовая скорость ветра составляет – 6-7 м/с, а, например, средний показатель для Дании – мирового лидера в области использования ветроэнергетики (на 2016 г. в королевстве с помощью ветрогенераторов было произведено порядка 40 % всего электричества) – составляет чуть больше 5 м/с. В целом же пригодный ветропотенциал Дальнего Востока технически и экономически в 6-16 раз превышает выработку всех существующих электростанций в РФ.

На Чукотке значительные запасы возобновляемой энергии используются крайне ограниченно. На данный момент в округе функционирует лишь введенная в 2003 г. в эксплуатацию Анадырская ВЭС установленной мощности 2,5 МВт. При дальнейшем развитии ветроэнергетики в регионе посредством строительства ветровых установок по всему восточному побережью Чукотки возможно обеспечить альтернативной энергетикой порядка 14 населенных пунктов.

Технически доступный потенциал приливной энергетики Дальнего Востока составляет более 80-100 ГВт по мощности и более 220 млрд кВт⋅ч по среднегодовой выработке (при суммарной установленная мощность электрогенерации в России – около 250 ГВт). Подавляющая часть этого потенциала сконцентрирована в Пенжинской губе (Магаданская область) и Тугурском заливе (Хабаровский край) Охотского моря. Энергия приливов и отливов признана мировым сообществом крайне перспективным ВИЭ, однако на данный момент явных лидеров в данной сфере альтернативной энергетики не наметилось, поэтому активная разработка проектов приливных электростанций на Дальнем Востоке позволила бы России выйти в лидеры.

Также Дальневосточный регион колоссально богат ресурсами, которые могут быть использованы в отрасли биотопливной энергетики. Наиболее перспективные источники для биотоплива на Дальнем Востоке – отходы лесопереработки и сельского хозяйства. В некоторых удаленных районах перспективно выращивание на топливо быстрорастущих кустарников, таких как ива или верба. По потенциалу развития ВИЭ в области древесного биотоплива Дальний Восток можно сравнивать с Канадой. Наиболее обеспеченными данными природными ресурсами регионами являются Якутия, Хабаровский и Приморский края. Помимо использования отходов лесопромышленного комплекса и быстрорастущих деревьев в качестве сырья для биотопливной энергетики, весьма перспективным представляется применение в данной отрасли отходов агропромышленного комплекса Дальнего Востока, торфяных и древесных пеллетов и биомассы [19].

Отдельно стоит отметить, что большинство из существующих технологий малой энергетики обладают возможностью когенерации – «комбинированной генерации электроэнергии и тепла». Другими словами, когенерация есть термодинамическое производство двух или более форм полезной энергии из единственного первичного источника энергии.

Когенерация признана одной из самых энергоэффективных и приоритетных технологий в мире – в наиболее развитых странах внедрение когенерационных технологий, особенно основанных на использовании ВИЭ, поддерживается государственными дотациями [13, c. 36].

В связи со своей ключевой особенностью технологии когенерации обладают очень высоким потенциалом использования на территории Дальнего Востока.

К основным преимуществам использования данной технологии можно отнести:

1. Преимущество в утилизации тепла.Суровый климат Дальнего Востока предполагает постоянную потребность в теплоснабжении. Поскольку речь идет о «комбинированной генерации электроэнергии и тепла», то утилизируемое тепло может быть использовано в технологических процессах, для отопления и кондиционирования помещений, для подогрева воды и т. д. Также данное преимущество влияет на сокращение вредных выбросов в атмосферу.

2. Когенерация предлагает превосходный механизм экономического стимулирования. Возвращение в оборот тепловой энергии является крайне благоприятной возможностью уменьшения энергопотребления, что прямым образом влияет на экономическое состояние потребителя энергии, в частности в промышленности внедрение когенерационных технологий может позволить получать конкурентные преимущества в связи со снижением себестоимости продукции. Что же касается окупаемости капитальных вложений в когенераторные установки, то она, как правило, происходит быстрее окупаемости средств, затраченных на подключение к тепловым сетям, обеспечивая тем самым, устойчивый возврат инвестиций. Учитывая тот факт, что в целом платежеспособность дальневосточных потребителей энергии находится на достаточно низком уровне (особенно в удаленных местностях) – данное преимущество представляется наиболее очевидным.

3. Возможность работы когенерационных установок на самых разных видах топлива. Это может быть биотопливо, природный газ, твердые горючие материалы, пар исходящий от геотермальных источников, свалочный газ и многие другие. Дальний Восток, как никакая другая территория РФ богата ресурсами, подходящими для использования в когенерационных установках.

4. Очевидная выгода выработки тепловой энергии в дополнение к электрической. Данное преимущество касается энергодефицитных местностей Дальнего Востока, где централизованное энергоснабжение не в состоянии покрыть растущие запросы на энергопотребление.

Представим сводные данные по имеющемуся в Дальневосточном регионе потенциалу в сфере возобновляемой энергетики (Таблица 1).

Таблица 1 – Оценка потенциала возобновляемой энергетики Дальнего Востока

Вид ВИЭ	Тип ресурса
	валовый ресурс, млн т. у. т./год	технический ресурс, млн т. у. т./год	экономический ресурс, млн т. у. т./год
Низкопотенциальное тепло	8,47	3,04	1,04
Солнечная энергия	813200	3224,4	0,132
Малая гидроэнергетика	153,6	49,63	27,23
Энергия ветра	335839	839,6	4,2
Энергия биомассы	103,2	12,6	2,18
Геотермальная энергия	–	0,233	–
Всего, млн т. у. т./год	1149304,27	4129,5	34,78

Также по оценкам потенциал ДФО по развитию альтернативной энергетики следующий:

• по сооружению систем, использующих фотоэлектрические модули и ветроэнергетических установок малой мощности – 280-405 объектов;

• по установке ветроэнергетических электростанций – 629 МВт;

• по сооружению малых гидроэлектростанций – 450-500 МВт;

• по сооружению систем солнечного горячего водоснабжения – 530-700 объектов с общей площадью солнечных коллекторов – 65 тыс. м²;

• по прогнозным запасам геотермальных ресурсов – 5600 МВт электрических и 1600 МВт тепловых.

Подводя промежуточные итоги можно сделать вывод о том, что при всем потенциале Дальнего Востока в области малой и возобновляемой энергетики доля ее реального внедрения и эксплуатации крайне мала. Объекты децентрализованной энергетики обладают высокой степенью износа, многие из которых подлежат существенной реконструкции или выведению из эксплуатации. Внедрение объектов малой энергетики (в особенности основанной на возобновляемых источниках энергии и когенерационных технологиях) могло бы заместить выбывающие устаревающие дизельные мощности в регионе, а их внедрение и эксплуатация несли бы в себе, как экономический, так и экологический смысл.