ЭНЕРГЕТИКА УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ –

НОВАЯ ПЛАТФОРМА ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ ГОРОДОВ

А.В. Праховник, А.Л. Шпак

Национальный технический университет «Киевский политехнический институт»

 

В прошлом столетии введено понятие «устойчивое развитие - sustainable developments В част­ности, термин «устойчивое развитие» рассматривается как развитие, при котором удовлетворя­ются потребности в настоящем, не вступая в компромисс со способностью будущих поколений удовлетворять свои собственные потребности и характеризует гармоничный, сбалансированный, бесконфликтный прогресс всей нашей цивилизации, отдельных стран или их групп. При этом по­зитивно решается комплекс проблем сохранения окружающей среды. Естественно, для обеспече­ния устойчивого развития общества, должны быть обеспечены соответствующие условия функ­ционирования всех его подсистем, среди которых, одной из важнейших является энергетика.

Даже поверхностный анализ отечественной электроэнергетики показывает, что ее состояние близко к критическому: более 60 % энергоблоков тепловых электростанций, 40 % ВЛ, 70 % транс­форматорных подстанций исчерпали свой граничный технический ресурс. По мнению экспертов, уже сейчас отставание отрасли от современных мировых технологий составляет не менее 15 лет.

В этой связи есть необходимость в неотложном принятии неординарных мер и формирова­нии новой современной стратегии развития электроэнергетики, в максимальной степени учиты­вая экономические, экологические и социальные особенности страны.

С появлением новых конкурентоспособных технологий выработки энергии, в мире началось достаточно агрессивное вмешательство, так называемой, «зеленой» энергетики (источники распределенной генерации, основанные на возобновляемых источниках энергии - РГ-ВИЭ) в энергообеспечение потребностей человечества. При этом, четко прослеживается устойчивая динамика снижения как капитальных, так и эксплутационных затрат, связанных с применением альтернативной энергетики, что выгодно отличает ее от традиционной. Вместе с тем, параллель­но с этим появились и стремительно развиваются новые эффективные источники малой энерге­тики, основанные на традиционных технологиях, но имеющие высокие показатели использова­ния первичного органического топлива, а значит, не только обеспечивающие его экономию, но и оказывающие меньшее негативное влияние на экологию (источники распределенной генерации с низким влиянием на экологию - РГ- НВЭ).

Вне зависимости от того, как скоро останется позади крупномасштабная централизован­ная модель электроэнергетики, как бесспорный реликт XX века, человечество уже вступило в период создания децентрализованных систем, которые в большинстве случа­ев оказываются экономически и эко­логически более привлекательными. Но ближайшее будущее мира за инте­грированными системами энергоснаб­жения потребителей. Поэтому сегодня исключительно важной задачей явля­ется обеспечить «сосуществование» бесконфликтным, гармоничным и максимально эффективным интегри­рованных систем.

В этой связи в Европейском Союзе, США и др. странах принята новая плат­форма энергообеспечения European Technology Platform SmartGrids. Для Украины предлагается новая типовая платформа, применимая для условий любого конкретного региона (рис. 1).

Энергетика Уcтойчивого Развития

Рисунок 1. Энергетика устойчивого развития региона

 

На первом этапе исследований предусматривается рассмотрение ограниченного круга источников распределенной генерации, поскольку ряд перспективных потенциальных источников (например, таких как топливные ячейки) еще не появился на рынке энергетического оборудования Украины. По мере появления возможности их широкого промышленного применения они будут вовлечены в построение единой системы без существенной коррекции, представленной платформы. На первом этапе исследований предусматривается решение следующего круга вопросов.

1. Эффективное энергопотребление

Включены вопросы энергосбережения на промышленных объектах, объектов городского хозяйства, включая гостиничные и курортно-оздоровительные комплексы (для соответствующих

регионов). Предусматривается создание проекта интеллектуального энергоэффективного дома, в котором используются новые энергосберегающие технологии распределенной генерации, современные технологии сооружения ограждающих конструкций (для существующих зданий предусматривается их термомодернизация или термореконструкция) с учетом обеспечения эффективного микроклимата зданий и помещений, независимая система водоснабжения и водоочистки, современные методики по выбору энергоэффективных отребителей энергии, а также применяется интеллектуальная система управления, обеспечивающая функционирование объекта.

2. Модернизация традиционной энергетики

Предусматривается выработка рекомендаций по модернизации действующего генерирующего оборудования и совершенствование оперативно-диспетчерского управления существую-

щей системой энергообеспечения с учетом перспективы ее интеграции с децентрализованными системами.

Для эффективного управления режимами энергетических систем, в частности систем электроснабжения, потребуется коррекция методов решения большинства традиционных задач: выбора нормальных схем электрических сетей, компенсации реактивной мощности, определения параметров средств регулирования напряжения, секционирования воздушных распределительных линий, и т.д. Более того, очевидно, что в условиях широкого применения средств распределенной генерации и аккумулирования энергии даже методы нормирования потерь электрической энергии, определения их отчетных значений в том виде, в каком они используются сегодня, не будут работать корректно.

3. Широкое применение распределенной генерации РГ-ВИЭ и РГ-НВЭ

Выбор наиболее рациональной номенклатуры источников распределенной генерации, их параметров и зон размещения, способов агрегирования с целью формирования виртуальных электрических станций или микросистем.

 

При использовании распределенной генерации РГ-ВИЭ рассматриваются:

• тепловые насосы с питанием от другого возобновляемого источника;

• сетевые ветроэнергетические установки;

• автономные ветроэнергетические установки;

• фотоэлектрические установки;

• солнечные коллекторы;

• агрегаты, использующие первичное энергетическое биосырье

• агрегаты, использующие вторичное энергетическое биосырье

• геотермальная энергия;

• строительство виртуальных энергостанций (ВрЭС).

• малые ГЭС.

Широкое использование источников распределенной генерации на базе органического топлива:

• когенерационные установки (КУ);

• дизель генераторы;

• теплоснабжение объектов на базе электрических тепло аккумулирующих систем (ТАС);

• комбинированные системы теплоснабжения объектов с использованием КУ и ТАС.

• тепловые насосы с питанием от электрической сети общего назначения.

Во многих случаях, в подобных структурах энергоснабжения планируется использование накопителей энергии и тепловых насосов, которые могут быть задействованы в периоды пиковых нагрузок.

4. Развитие накопителей энергии разной физической природы

В большинстве случаях планируется использование накопителей энергии, которые направлены на повышение эффективности покрытия нагрузок в разные периоды суточного и сезонно-

го спроса на электрическую энергию. Применение накопителей позволяет повысить эффективность функционирование энергетических компаний и электроснабжения потребителей за счет компенсации недостаточной пропускной способности элементов системы, управления реактивной мощностью, регулирования напряжения. Обеспечивается надлежащий уровень надежности электроснабжения, управление режимами энергетических систем в условиях функционирования конкретного энергорынка и снижение выбросов в атмосферу.

Отдельно следует выделить вопрос создания, так называемой, маневренной нагрузки. В качестве такой нагрузки может рассматриваться, например, теплоаккумулирующее электроотопление, которое использует электроэнергию в ночное время, обеспечивая комфортные условия проживания людей. Подобные решения в большинстве случаев дают интегральный эффект: выравнивают суточный график электрических нагрузок, снижают требуемый объем маневренной генерации, упрощают обеспечение нормируемого качества электрической энергии т.д.

Интеграция источников распределенной генерации и накопителей энергии в централизованные системы энергоснабжения осуществляется посредством SmartGrids технологий, которые используют усовершенствованную инфраструктуру измерений. Эта инфраструктура позволяет расширить функциональные возможности интегрированной системы посредством использования общих аппаратных средств и единого программного обеспечения. Она способна собирать данные и передавать их другим системам, пересылать информацию через сеть в обратном направлении, т.е. к измерительным приборам для инициирования сбора дополнительных данных, контроля состояния электрооборудования, обновления математического обеспечения. Более того, интеллектуализация сетей дает возможность реализовать функции автоматического обнаружения повреждений, их локализации, изоляции и восстановления электроснабжения. Экономичность их управления достигается за счет возможности комплексного воздействия на параметры режима. Например, регулирование напряжения помимо использования традиционных средств может быть реализовано путем изменения генерации активной или реактивной мощности, воздействием на средства аккумулирования энергии, управлением нагрузкой. Основой управления SmartGrid является интеллектуальная распределительная система менеджмента (Smart Distribution Management System – SDMS).

В условиях энергетики устойчивого развития эффективность управления процессами генерации, распределения и использованием энергии осуществляется на основе системы энергетического менеджмента.

Повышение энергоэффективности рассматриваемого объекта (генерации, распределения и/или электропотребления) обеспечивается использованием системы энергетического менеджмента, которая осуществляет: менеджмент энергетических данных, менеджмент энергоснабжения, менеджмент энергопотребления (рассматривают собственно процессы энергопотребления соответствующего объекта) и менеджмент энергетических проектов, нацелены на повышениеэффективности использования энергии.