Главная >  Потенциал энергии 

 

Каботажное плавание. С ростом автоматизации всех процессов жизнедеятельности зависимость и каждого отдельно взятого человека, и всего человечества от бесперебойной передачи электроэнергии стремительно растет. Согласно прогнозам американского Института исследований в области электроэнергетики (EPRI), к 2020 году десяти процентам американских потребителей потребуется подача электроэнергии с надежностью, определяемой девятью девятками, а шестидесяти процентам — шестью, или 99,9999 процента времени. Один из путей обеспечения столь высоких показателей качества — распределенные электросети и альтернативные автономные источники питания.

 

Георгий Башилов

 

Удручающая статистика, не правда ли? А если добавить, что зависимость отдельных граждан, домовладений и производств от постоянной подачи электроэнергии с ростом автоматизации и проникновением информационных и иных энергоемких технологий во все уголки жизни становится все более критической, перед нами предстает и вовсе грустная картина…

 

В середине августа в результате аварии электроэнергетической системы в считанные минуты были остановлены два десятка электростанций, и огромная территория, захватившая часть США и Канады, осталась без электричества. По разным оценкам, в зоне бедствия оказались от 30 до 50 миллионов человек. В 20-х числах сентября подобная авария на четыре часа оставила без электроэнергии жителей Копенгагена, восточной Дании и юга Швеции, общим количеством около 4 миллионов человек. А еще через неделю, 28 сентября, дерево, упавшее на линию электропередачи в Швейцарии, оставило без электричества 56 миллионов итальянцев. Правда, некоторые из них так ничего и не заметили — авария произошла глубокой ночью, а подача электроэнергии восстановилась через три часа (и более).

 

С кратковременными отключениями справится почти любой источник бесперебойного электропитания. Когда счет начинает идти на часы и даже дни, настает время иных решений. Решений тем более актуальных, что, по данным ООН, около 2 миллиардов жителей планеты Земля до сих пор лишены возможности пользоваться электричеством, по крайней мере — на постоянной основе.

 

Россию, удивительным образом, столь масштабные потрясения пока обходят стороной. Быть может, сказывается изрядный запас прочности, заложенный еще при конструировании энергосистем, быть может — разделение энергопотребителей на категории, отключаемые, по мере необходимости, четко и безотлагательно в соответствии с заранее заложенными иерархиями. Так, звонок в местную электросеть по поводу участившихся отключений электроэнергии позволил мне выяснить, что вместе со своими домочадцами я отношусь к третьей категории пользователей, которые — а сюда, очевидно, попадают все квартиросъемщики и домовладельцы — могут отключаться без предупреждения, как только возникнет та или иная необходимость.

 

Человечество находится сейчас в начале долгого и увлекательного пути. Производство и доставка электроэнергии, скорее всего, чем дальше, тем больше будут осуществляться с помощью децентрализованных и (или) альтернативных источников питания. Единичные пока опыты в этой области напоминают освоение морских просторов. Первые путешественники тоже побаивались удаляться далеко от берега, а их паруса, как правило, наполнял бриз — легкий прибрежный ветер, меняющий направление в зависимости от времени суток…

 

Создание альтернативных энергосетям источников электроэнергии позволяет, с одной стороны, повысить надежность подачи электричества, с другой — обеспечить электроэнергией районы и устройства, к электросетям неподключенные, причем зачастую решить эту задачу экономически выгодно в сравнении с подключением к централизованным источникам.

 

Резервный или, тем более, основной источник электропитания для достижения наибольшей эффективности и коэффициента полезного действия должен иметь три составные части:

 

Троеборцы

 

Аналогичным образом автономное и резервное электроснабжение может быть, пусть и достаточно условно и произвольно, разделено на три наиболее типовых класса:

 

- собственно генератор электричества — бензиновый, дизельный, газопоршневый, ветряной, солнечную батарею, топливный элемент или любой иной источник электричества;
- аккумулятор электроэнергии, позволяющий использовать генератор в наиболее оптимальном режиме и «гасить» пики потребляемой мощности. В случае единой электросети таким аккумулятором становится сама сеть — нагрузка распределяется между сетеобразующими электростанциями и, благодаря закону больших чисел, в значительной степени усредняется;
- инвертор, преобразующий напряжение аккумулятора/генератора в наиболее привычные электроприборам 220 В/50 Гц переменного тока.

 

Промышленные альтернативные источники энергии — в силу все еще малых объемов производства и недостаточной проработанности технологий — могут составлять сколько-нибудь серьезную альтернативу традиционной энергетике лишь благодаря государственной поддержке и всевозможным дотациям и льготам, предоставляемым таким проектам. Себестоимость ветряной и солнечной энергетики все еще слишком высока, чтобы в промышленных объемах составлять конкуренцию традиционным энергосетям.

 

- промышленное, когда потребляемая мощность измеряется десятками и тысячами киловатт;
- автономное, когда средняя потребляемая мощность не превышает нескольких киловатт;
- и сверхмалое, когда энергия требуется только на обеспечение работы, например, сети распределенных датчиков, а потребляемые мощности измеряются единицами и долями ватта.

 

Бензиновые наиболее доступны по цене, но себестоимость вырабатываемой ими электроэнергии излишне высока. Кроме того, эти генераторы нельзя использовать в качестве автоматического резервного источника питания в силу быстрого окисления бензина. Дизельные генераторы в среднем дороже бензиновых на 40 и более процентов, но уже могут использоваться в качестве резервного источника, а в случаях, когда по тем или иным причинам нельзя подключиться к централизованным электросетям, и в качестве основного. Иначе генератор по экономическим соображениям целесообразно использовать лишь как резервный источник электроэнергии.

 

По этой причине наибольшее распространение получили бензиновые, дизельные и газопоршневые генераторы.

 

Мощность таких электростанций, как правило, составляет не менее восьми киловатт, причем российские заводы, в силу достаточно высокого спроса и ограниченности производственных мощностей, предпочитают пока работать с наиболее крупными заказами и заказчиками. Средняя стоимость установленного киловатта мощности таких электростанций в зависимости от страны-производителя и масштабов инсталляции составляет от 450 до 1100 долларов. Дополнительными аргументами в пользу газопоршневых электростанций являются использование типовых силовых агрегатов, в качестве которых часто применяются обыкновенные автомобильные двигатели, и наличие все той же централизованной системы доставки, правда, на этот раз не электричества, а газа. То есть горючее, и притом дешевое, для генератора поступает самотеком, по мере необходимости, переход на резервное питание может происходить автоматически, а результирующая надежность корпоративной электросети или ее фрагмента — многократно повышаться с минимальными затратами.

 

А вот газовая энергетика в последнее время становится очень популярна и в нашей стране, и во всем мире. К производству газопоршневых электростанций за последние два года приступили несколько российских заводов — от всем известного КамАЗа до тепловозостроительных.

 

Как сообщается, ТЭЦ будет снабжать теплом и электричеством Сибай, город с 25-тысячным населением. Интересно, что станция должна была вступить в строй уже к началу этого отопительного сезона. Сроки поставки и монтажа сокращаются благодаря модульности конструкции, она же позволяет, по мере необходимости, варьировать мощность станции с помощью включения и отключения отдельных энергоагрегатов.

 

Еще один аргумент: газопоршневые электрогенераторы все чаще применяются на электростанциях. Так, в середине января 2003 года австрийская фирма «Енбахер» (Jenbacher) сообщила о контракте на поставку десяти газопоршневых теплоэлектрогенераторов на строящуюся в Башкирии Зауральскую ТЭЦ. Результирующая мощность ТЭЦ составит 30 мегаватт электрической мощности и 25 гигакалорий в час — тепловой.

 

Вот еще несколько новостей с места событий: в этом году ОАО «КамАЗ» приступило к производству дизельных и газопоршневых электростанций мощностью от 60 до 200 кВт на базе стационарных двигателей КамАЗ V Агрегаты будут соответствовать 1, 2 или 3 степени автоматизации по ГОСТ 14228-80 и смогут работать синхронно, что позволит создавать модульные электростанции и мини-ТЭС мощностью до 2 МВт и выше. А ОАО «Сибнефть-Ноябрьскнефтегаз» планирует построить полностью автоматическую автономную газопоршневую электростанцию мощностью 6,58 МВт, предназначенную для энергоснабжения насосной станции и буровых установок Ярайнерского нефтяного месторождения. Станция будет оснащена двигателями Cummins-QSV91G (США — Великобритания) и системой подготовки попутного нефтяного газа Dollinger (Ирландия). То есть газ, который раньше безжалостно сжигался (некоторые читатели наверняка помнят гигантские факелы, до недавнего времени горевшие на Ярославском нефтеперегонном заводе), будет использоваться для выработки электроэнергии. Вообще, газопоршневые электростанции могут работать и на биогазе, и на метане, и на разнообразных газовых смесях — главное, чтобы в их составе не было примесей, вызывающих коррозию металла — серы и т. д.

 

Кстати, когенерация, или использование тепла, выделяющегося при сгорании воздушно-газовой смеси, для нагрева воды, обогрева помещений и других целей, позволяет довести суммарный КПД газопоршневых генераторов, или, как их еще называют в этом случае, мини-ТЭЦ, до 80% (КПД электрогенератора — около 30%). Для сравнения — суммарный КПД газотурбинных установок может достигать 88%.

 

Комментарии, как говорится, излишни. Вот он — путь дальнейшего развития башкирской энергетики».

 

По данным энергосервисной компании «Экологические системы», стоимость электроэнергии от газопоршневой ТЭС в три раза меньше, чем от магистральных электросетей. То есть, по логике, приобретение собственной электростанции позволяет обойти затраты и процедуры, связанные с прямым выходом предприятия на оптовые рынки электроэнергии. Правда, оценки главного инженера ОАО «Башкирэнерго» А. А. Салихова куда скромнее: «Для того чтобы наша электроэнергия была конкурентоспособной на федеральном рынке, надо повсеместно на ТЭЦ расходовать не более 300 граммов условного топлива на производство одного киловатт-часа электроэнергии. А на газотурбинных установках и газопоршневых агрегатах этот показатель не превышает 252 грамма.

 

Альтернативные, возобновляемые источники электроэнергии пока, как уже говорилось, обходятся гораздо дороже. Даже при минимизации затрат на собственно генерацию электричества использование энергии солнца, ветра и морских приливов требует, в силу нерегулярности и цикличности выработки электроэнергии, обязательного применения накопителей электроэнергии — механических или электрохимических аккумуляторов и, соответственно, инверторов или дополнительных электрогенераторов. Что сразу, по некоторым оценкам, повышает стоимость вырабатываемой электроэнергии на 10–20 центов за кВт/час.

 

И, не исключено, локальной электросети или серверной фабрики какого-нибудь предприятия.

 

А тем временем в сети появляются уже проекты трициклов — автомобилей, использующих наряду с топливом еще и возобновляемые источники — солнце и ветер.

 

Прогресс в этой области наверняка будет достигнут с распространением так называемых «гибридных» автомобилей, использующих двигатель внутреннего сгорания для заряда аккумуляторов и разработки соответствующих технологий и аккумуляторов. С места такие автомобили трогаются на электродвигателе, на нем же передвигаются в пробках. А ДВС включается только для заряда аккумуляторов и дополнительного разгона на прямой передаче. С ростом числа автомобилей и появлением вторичного рынка таких силовых агрегатов — например снятых с автомобилей, попавших в аварию — подобные автономные электростанции, способные вырабатывать десятки и сотни киловатт-часов, могут получить некоторое распространение.

 

Вместе с тем, собрать собственный гибридный автомобиль под силу, пожалуй, любому читателю. Достаточно врезать в крышу автомобиля люк, заменив в нем стекло на солнечную батарею подходящего размера, добавить к этой гремучей смеси контроллер АКБ… и можно навсегда забыть о разряженной батарее автомобиля, оставленного возле дома на месяц, а то и на пару недель, и стартере, едва прокручивающем коленвал: токи, генерируемые солнечной батареей даже зимой, с лихвой компенсируют токи утечки АКБ и несколько десятков миллиампер, потребляемых автомобильной сигнализацией. Вся конструкция, при массовом производстве такого устройства, скорее всего, уложится в сотню-полторы долларов и будет служить, пока не состарится сам автомобиль: технологии защиты солнечных элементов разработаны достаточно хорошо и гарантируемый срок их службы измеряется десятками лет. И, кроме того, наверняка продлит — и надолго — срок службы автомобильного аккумулятора.

 

Пока это выглядит фантастикой.

 

Этот пример достаточно наглядно показывает экономически целесообразную (сейчас) область применения таких альтернативных источников энергии, как солнце и ветер (и любых других циклических электрогенераторов, требующих для работы инвертор/аккумулятор): относительно маломощные устройства, в пределах нескольких киловатт, применяемые в основном там, где по тем или иным причинам нет доступа к центральной электросети или подключение к которой стоит неоправданно дорого.

 

Мирный квант

 

В более общем случае, увы, ни солнце, ни ветер пока не выигрывают в экономическом поединке с традиционными энергоносителями. Тем не менее, в некоторых штатах США разрешение на строительство дома выдается только в том случае, если его крыша (или хотя бы один из скатов) сориентирована так, что на одной из ее поверхностей — в недалеком будущем или прямо сейчас — можно будет разместить солнечную батарею.

 

К слову, подобная установка из пары солнечных батарей общей мощностью 114 Ватт, автомобильного аккумулятора на 60 А/ч и семисотваттного инвертора 12/220 Вольт верой и правдой прослужила мне все лето, обеспечивая участок водой, дом — светом, а электроинструменты — энергией для работы. Солнечная батарея вырабатывала — в пике — около 6–8 ампер постоянного тока, обеспечивая за хорошо инсолированный день полную зарядку АКБ и, например, 300 литров воды из ручья по соседству или час-полтора работы электрорубанка.

 

Проект в Шри-Ланке предоставил рабочие места 150 сотрудникам компании Shell Solar.

 

Прогнозы полностью автономного будущего оптимистичны. И солнечные батареи, и ветрогенераторы за прошедшее десятилетие прошли немалый путь: значительно снижена стоимость из расчета установленной мощности, в НИР вложены немалые средства, объемы производства растут… И солнечные батареи становятся очень даже востребованы в некоторых азиатских и латиноамериканских странах, причем, прямо скажем, не в самых богатых слоях населения — и по вполне приемлемым тарифным планам. Солнечный анлимит, ограниченный лишь возможностями батареи, инсоляцией и аппетитами пользователя, доступен жителям Шри-Ланки и Доминиканской республики за относительно небольшую по цивилизованным меркам плату — 10 долларов в месяц на протяжении пяти лет — полностью окупающую стоимость оборудования, плюс установочная плата в размере 100 долларов. Дальнейшая эксплуатация будет и вовсе бесплатна. При этом в Шри-Ланке к центральной электросети подключено всего лишь 59 процентов населения. Оставшаяся часть населения до этого могла пользоваться лишь аккумуляторами, керосиновыми лампами и бензиновыми или дизельными генераторами.

 

Так, в младших моделях, на 8 и 16 кВт, используются двигатели от «Оки» и ВАЗа. В более мощных моделях после определенной переделки используют и дизельные установки, переведенные с солярки на газ.

 

Согласно ожиданиям Национальной лаборатории по возобновляемым источникам энергии (NREL), уже в течение ближайших трех лет на рынке появятся солнечные батареи и электрогенераторы по «достаточно справедливым» ценам, а далее вступит в ход экономика масштабов, и к 2020 году солнечная энергетика превратится в промышленную отрасль с оборотом около 15 миллиардов долларов в год и 150 000 рабочих мест. То есть станет сопоставима с нынешней стекольной индустрией США.

 

 

Например, если рассматривать аккумулятор как расходный элемент, выдерживающий определенное число циклов заряда/разряда, и добавить к расчетам стоимость инвертора.

 



 

Альтернатива российскому газу. Экономические и финансовые слова. Глава МЭА. Лондон. Энергетика и энергоносители.

 

Главная >  Потенциал энергии 

0.0171