Energy Fresh september by SBCD Expo

№3(5) сентябрь 2011

www.energy-fresh.ru

RESPONSIBILITY. OPPORTUNITY. REALITY.

Тепловые насосы – технология настоящего

Мировая энергетика на рубеже второго десятилетия нынешнего века

Энергия биомассы для выработки электрической и тепловой энергии

Геотермально-солнечная система теплоснабжения

в номере:

Солнечная энергетика в мире и России 4 В номере | 6 FRESH NEWS | 12 | солнечная энергетика | 12 | Специальные аккумуляторы производства GNB Industrial Power для систем с использованием энергии солнца и ветра | 16 | Проблемы и пути развития фотоэнергетики в России | 20 | Powercom. Комплексное решение для солнечной энергетики | 22 | Применение фотоэлектрических станций в системах электроснабжения | 25 | Перспективы в мире и состояние в России | 28 | ВЕтроэнергетика | 28 | Альтернативная энергетика MAG | 30 | энергосбережение | 30 | Локальный источник электрической энергии для энергообеспечения объектов газотранспортной системы магистральных газопроводов | 37 | Мировая энергетика на рубеже второго десятилетия нынешнего века | 50 | Тепловые насосы – технология настоящего | 54 | биотопливо | 54 | Использование энергии пара и биомассы для выработки электрической и тепловой энергии | 56 | Геотермальная энергетика | 56 | Геотермально-солнечная система теплоснабжения | 60 | пути развития | 60 | Конференция SUN FRESH 2011. Итоги

ENERGY FRESH | № 3(5) | сентябрь | 2011

Издается ООО «SBCD Expo» 119992, г. Москва, ул. Льва Толстого, д. 5/1 Тел.: +7 (495) 788-88-91 Факс: +7 (495) 788-88-92 e-mail: ef@sbcdexpo.ru Периодичность: 4 раза в год.

основатель: Эдвард Ли

содержание:

В номере

FRESH NEWS

Издатель: Эльчин Гулиев

Над номером работали: Алена Бузуева Юлия Фрай Екатерина Шлычкова

16 20 22 25

верстка: Лев Сонин

Фотография на обложке: © Arpad Nagy-Bagoly - Fotolia.com

Фотографии: © Philippe Stark Network 2010

Отпечатано в типографии ООО «Тисо Принт» 127018, г. Москва, ул. Складочная, д. 3, корп. 6 Тел.: +7 (495) 504-13-56 Подписано в печать 19.09.2011. Тираж 999 экз. Мнение авторов статей не всегда отражает мнение редакции. Редакция не несет ответственности за текст статей и предоставленные авторами материалы, а также за содержание рекламных объявлений. Материалы, опубликованные в журнале Energy Fresh, не могут быть воспроизведены без согласия редакции.

2 | ENERGY FRESH

солнечная энергетика Специальные аккумуляторы производства GNB Industrial Power для систем с использованием энергии солнца и ветра Проблемы и пути развития фотоэнергетики в России Powercom. Комплексное решение для солнечной энергетики Применение фотоэлектрических станций в системах электроснабжения Перспективы в мире и состояние в России

ВЕтроэнергетика 28 Альтернативная энергетика MAG энергосбережение 30 Локальный источник электрической энергии для энергообеспечения объектов газотранспортной системы магистральных газопроводов 37 Мировая энергетика на рубеже второго десятилетия нынешнего века 50 Тепловые насосы – технология настоящего биотопливо 54 Использование энергии пара и биомассы для выработки электрической и тепловой энергии Геотермальная энергетика 56 Геотермально-солнечная система теплоснабжения пути развития 60 Конференция SUN FRESH 2011. Итоги

№ 3(5) | сентябрь | 2011

в номере солнечная энергетика

Альтернативная энергетика MAG Россия обладает богатейшими запасами углеводородов, что при постоянно растущем мировом спросе на энергоресурсы позволяет нам успешно латать дыры в бюджете и не думать о том, что будет, когда эти запасы закончатся. Но думать придется, поскольку ресурсы иссякнут гораздо раньше, чем нам кажется. Отговорка «на наш век хватит» потеряла свою актуальность. солнечная энергетика

энергосбережение

Применение фотоэлектрических станций в системах электроснабжения

В настоящее время известны две основные схемы работы фотоэлектрических станций – так называемые системы off-grid (не подсоединенные к сети – автономные) и gridtie (связанные с сетью – сетевые). Не все понимают, что и автономные солнечные электростанции могут быть соединены с сетью, но сеть в данном случае используется как еще один из нескольких возможных источников энергии. Коренное отличие этих электростанций кроется в вариантах запасания энергии.

Локальный источник электрической энергии для энергообеспечения объектов газотранспортной системы магистральных газопроводов Газотранспортная система (ГТС), предназначенная для обеспечения транспортировки к конечному потребителю добываемого в удаленных районах природного газа, сама является крупным энергопотребителем. Так, для обеспечения подвода энергии к природному газу в нагнетателях при его доставке от мест добычи до европейской части Российской Федерации и далее в Европу в камерах сгорания ГПА сжигается 6–7% от общего расхода транспортируемого газа.

солнечная энергетика

Powercom Комплексное решение для солнечной энергетики

Ориентируясь на качество солнечных решений, вы снижаете риск потерять вложенные средства.

биотопливо

Использование энергии пара и биомассы для выработки электрической и тепловой энергии В статье представлена информация о возможности использовании энергии пара и биомассы для выработки электрической энергии.

4 | ENERGY FRESH

№ 3(5) | сентябрь | 2011

ENERGY FRESH | № 3(5) | сентябрь | 2011

энергосбережение

Тепловые насосы – технология настоящего Тепло – это одна из основных потребностей человека. В наше время для систем отопления важна не только экономичность, но и экологическая безопасность. То, что эти два фактора можно успешно сочетать, доказывает разработка технологии тепловых насосов. Тепловые насосы используют энергию, постоянно присутствующую в воздухе, воде и верхних слоях земли, и преобразуют ее в полезное тепло для отопления. Преимуществом в данном способе получения полезного тепла является то, что мы используем неограниченные ресурсы, не нанося вреда окружающей среде. солнечная энергетика

Специальные аккумуляторы производства GNB Industrial Power для систем с использованием энергии солнца и ветра

Геотермальная энергетика

Геотермально-солнечная система теплоснабжения энергосбережение

Мировая энергетика на рубеже второго десятилетия нынешнего века

www.energy-fresh.ru

в номере | 5

FRESH NEWS

Электровелосипеды получили коробку-автомат Революцию в стане электрических велосипедов пообещала немецкая компания – свои модели 2012 года она будет оснащать семиступенчатым «автоматом». Автоматическая коробка передач так и называется – Automatic Gear Transmission (AGT). За эту разработку компания JD Europe Components GmbH получила золотую медаль Eurobike Award 2011. Оборудованные AGT электровелосипеды марки TranzX PST поступят в продажу в будущем году по неназванным пока ценам. Новая велосипедная система по сути является компьютером, который беспрерывно получает информацию с нескольких датчиков, узнавая скорость, крутящий момент, количество оборотов в минуту и так далее. На основе этих данных система постоянно вычисляет оптимальное передаточное отношение и плавно подтыкает подходящую передачу. Имеется и полуавтоматический режим, при котором велосипедист переключает передачи нажатием кнопок «плюс» и «минус».

Первая светодиодная лампа российского производства поступит в продажу в сентябре Группа компаний «Оптоган», представившая в Москве первую светодиодную лампу российского производства, за несколько лет рассчитывает отвоевать до 40% отечественного рынка. Светодиодная лампа, призванная вытеснить из обихода привычные россиянам и в 6 раз более энергоемкие 60-ваттные лампы накаливания, поступила в магазины в сентябре. Срок службы составляет более 50 тысяч часов, что соответствует 6 годам непрерывного горения. При использовании не более 3–4 часов в день светодиоды «Оптоган» прослужат свыше 46 лет, обещает производитель.

Дизайнерская новинка: экосумочка с накопителями солнечной энергии Главное преимущество новой экосумочки Stick It, автор которой малазийец Джейми Йео (Jamie Yeo), – сменные солнечные батареи. Во-первых, их в дизайнерской сумке целых девять, каждую из них легко достать по отдельности для подзарядки. Во-вторых, чтобы насытить ячейки солнечной энергией, дизайнер предлагает крепить их с помощью специальных липучек на окно. Удобство и экономия времени, что называется, налицо: теперь нет нужды прогуливаться часами под палящими лучами, чтобы зарядить свою сумку и, соответственно, мобильный. Достаточно просто «зашторить» ненадолго окна. Накопители солнечной энергии выполнены в форме пластичных квадратов, которые крепятся на лицевой части сумки. Когда батарейка полностью заряжена, она загорается мягким желтым светом, постепенно меняя оттенок и затухая по мере «разрядки». Так что визуально получается своеобразный «тетрис», что добавляет аксессуару эстетичности.

6 | ENERGY FRESH

№ 3(5) | сентябрь | 2011

ENERGY FRESH | № 3(5) | сентябрь | 2011

В первом в России «Активном доме» поселится экспериментальная семья В начале сентября на территории пригорода «Западная Долина» прошло торжественное открытие первого в России «Активного дома» – уникального архитектурного проекта, спроектированного, построенного и оснащенного в соответствии с европейской концепцией Active House. «Активый дом» объединяет три основных принципа концепции Active House – энергоэффективность, здоровый микроклимат и бережное отношение к природе. Качественная теплоизоляция обеспечивает минимальное энергопотребление, отопление и горячее водоснабжение дома предусмотрено через геотермальный тепловой насос и солнечные коллекторы, в доме большое количество дневного света, применяется гибридная вентиляция с рекуперацией тепла, солнечные батареи, система «умный дом». «Активный дом» в течение трех месяцев будет доступен для свободного посещения. После этого в доме поселится экспериментальная семья, которая будет делиться с организаторами проекта своими впечатлениями и позволит им проводить комплексный мониторинг внутреннего микроклимата и энергопотребления.

Энергоэффективный «Гелиодом» построен во Франции В городе Косвиллер провинции Альзас (Франция) построили энергоэффективный дом на солнечных батареях. Архитектор и дизайнер дома – Эрик Вассер. Экологический проект под названием «Гелиодом» своими солнечными батареями направлен на юг, что позволяет с максимальной эффективностью использовать энергию солнца для получения электричества. Его хватает, чтобы полностью обеспечить дом освещением, теплом и прочим. Общая площадь дома 160 м2. Построен он из стекла и натуральной древесины, благодаря чему максимально освещается днем естественным способом. Стены имеют хорошую звуко- и теплоизоляцию. Еще одна особенность дома: летом тепло не попадает в дом, а накапливается к холодной зиме. Потому в жару в нем прохладно и нет необходимости в дополнительном кондиционировании воздуха.

Концепт электрического велосипеда нового поколения Концептуальная модель электрического велосипеда Patrolman была разработана китайскими дизайнерами Рейфен Бай и Ликунь Чжэнь. Велосипед оснащен индикатором заряда батареи, GPS-навигатором и фарами, также работающими от аккумуляторов. Кроме того, концепция транспортного средства даже выходит за рамки самого транспортного средства. Дизайнеры предлагают построить целую инфраструктуру зарядных станций для велосипедов Patrolman. Естественно, станции будут экологически дружественными и будут работать от солнечных батарей.

Экологически дружественная кухня превращает овощные очистки в удобрения Французская компания Faltazi предложила ультрасовременную экологически дружественную кухню под названием Ekokook. Кухня Ekokook, помимо встроенных бытовых приборов, а также довольно оригинальных подвесных систем хранения кухонной утвари, предполагает еще и три мощные системы очистки и переработки отходов для битого стекла, бумаги и полиэтилена. Также есть система сбора использованной воды, которая очищает использованную воду и собирает ее в специальные резервуары, далее эта вода может быть использована для поливки растений. Но самое интересное, что переработка овощных очистков здесь осуществляется самыми настоящими живыми червями, через три месяца такой обработки очистки превращаются в удобрения.

www.energy-fresh.ru

FRESH NEWS | 7

FRESH NEWS

Экологичный транспортный проект Straddling Bus представила китайская компания В Китае разработали проект необычного транспортного средства, получившего название Straddling Bus (трансграничный автобус). Новый автобус возвышается над остальными машинами, и они проезжают под его днищем – таким образом можно уменьшить пробки на дорогах на 25–30 %. Электрический Straddling Bus получает питание от солнечных батарей, установленных на крыше, и передвигается со скоростью 40 км/час. Автобус высотой 6 м и шириной 9 м рассчитан на 1200 пассажиров и может заменить 40 стандартных автобусов. Первый трансграничный автобус начнет курсировать в Пекине по маршруту протяженностью 186 км уже к концу текущего года. Спроектированы солнечные батареи, напоминающие ползущий плющ Компания SMIT усовершенствовала свои солнечные панели Solar Ivy и начала принимать заказы на первую серийно выпускаемую версию Solar Ivy, предлагая как компаниям, так и частным лицам выбрать не только цвет и форму «листьев», но даже и тип используемых фотоэлементов. Solar Ivy – это система солнечных батарей, спроектированная подобно листьям плюща и также крепящаяся на стенах или окнах зданий. Благодаря своей форме фотогальванические элементы способны собирать максимальное количество солнечного света, используя при этом те места на домах, на которых обычно подобные конструкции не устанавливаются.

8 | ENERGY FRESH

Необычные «солнечные» деревья первого в мире тропического города-сада 18 необычных деревьев высотой 25 и 50 метров. Каждое дерево – отдельный вертикальный сад цветущих тропических растений, эпифитов и папоротников. Некоторые из них соединены мостами, открывающими неповторимую панораму. В течение дня деревья «собирают» в специальные батареи солнечный свет для генерации электроэнергии. Днем эти «супердеревья» создают прохладную тень, а ночью оживают волшебным светом. Такие необычные вертикальные сады, оформленные в виде деревьев, являются частью проекта «Сады Залива» в Сингапуре. Программа развития набережной Marina Bay предполагает обустройство южного, восточного и центрального заливов, а также залива в устье реки. Данный проект вполне обоснованно претендует на звание первого тропического городасада в мире. Первую очередь садов, включающую большую часть южного залива, в которой будут «расти» 18 необычных деревьев, планируется открыть для посетителей уже в июне 2012 года.

Назван самый «солнечный» аэропорт в мире Международный аэропорт Денвер (Колорадо, США) получил статус самого «солнечного» аэропорта в мире. Администрация здания аэропорта объявила об окончании строительства 4,4-мегаваттной наземной солнечной электростанции, которая увеличила его солнечную мощность до 8 МВт. Теперь аэропорт Денвера обеспечивает более 6% своих потребностей в электроэнергии за счет энергии солнца. Первые две установки имеют мощность 2 МВт и 1,4 МВт.

№ 3(5) | сентябрь | 2011

ENERGY FRESH | № 3(5) | сентябрь | 2011 Суперсовременный экомузей планируют открыть на Тайване В Тайбее (Тайвань) планируют открыть новый музей в форме объемного куба. Такая форма здания была предложена студией дизайна Ooda, которая выиграла приз на Международном конкурсе искусств. Концепция этого шедевра – одна из первых и инновационных идей. Суть ее в том, что здание – это два куба, один заключен в другой. В каждом кубе этой сложной структуры располагается музей. Кроме этого, в здании будут учтены все особенности экологических моделей сооружений, поэтому оно станет энергосберегающим. Здесь будут солнечные батареи, а стекла повернутся в окнах под таким градусом, что в музее на протяжении всего дня не нужно будет включать свет, так как он самостоятельно будет рассеиваться по помещению.

Дерево Copaifera langsdorffii – источник дизельного топлива Дерево Copaifera langsdorffii, найденное в тропических лесах Бразилии, содержит смолу, которую можно сразу использовать в качестве дизельного топлива. Одно дерево дает примерно 50 литров топлива в год. Широкомасштабное его выращивание для этих целей невыгодно, но частные фермеры вполне могут покрыть свои потребности от сада таких растений.

Первый в мире «солнечный» катамаран совершает кругосветное путешествие В середине августа самый большой в мире катамаран на солнечных батареях MS Turanor PlanetSolar прибыл в Сянган, причалив в порту Халл недалеко от туристического городка Хайганчэн. Сянган стал одной из остановок в кругосветном плавании солнечной яхты. Ее длина составляет 31 метр, на палубе установлены фотогальванические модули, благодаря этому судно плывет бесшумно и не загрязняет окружающую среду. Перед прибытием в Сянган катамаран уже пересек Атлантический и Тихий океаны, посетил семь стран, в том числе США, Мексику и Панаму. Это первое в мире солнечное судно, совершающее кругосветное путешествие.

Разработан компактный моноцикл, помещающийся в багажник любого автомобиля Группа студентов Мюнхенского технического университета и Национального независимого университета Мексики при поддержке компании Audi разработала моноцикл A0. Этот компактный легкий моноцикл помещается в багажник любого автомобиля Audi. Мощности электродвигателя хватает, чтобы развивать скорость 15 км/ч, а заряд аккумулятора обеспечит движение в течение часа. Дизайнер моноцикла – Angel S nchez Vargas.

www.energy-fresh.ru

Корейские дизайнеры представили проект экофонаря Коллектив корейских дизайнеров (Li-Te Lo, Song-Jung Chen, Tai-Yen Lee и другие) начал свою работу над проектом City Context с одного наблюдения: люди мусорят на свету, если там нет урн. Следовательно, урны должны быть везде, где светло, – то есть в каждом фонаре. Система City Context состоит, во-первых, из фонаря на солнечной энергии, который днем заряжает аккумуляторы, а ночью работает, экономя для городского хозяйства до киловатта электроэнергии ежедневно. Во-вторых, у основания фонаря встроена урна, рассчитанная на дальнейшую переработку отходов. Ящички для мусора будут четырех видов. В одни нужно кидать пищевые отходы, в другие – бумагу и пластик, в третьи – металл, в четвертые – стекло. У каждого – особый цвет, позволяющий опознать его издалека. Внутри – пакет, извлекать который можно будет с помощью специальной магнитной карты.

FRESH NEWS | 9

FRESH NEWS

«Солнечные» парковки создает автор идеи «солнечных» дорог Правительство США выделило $750 тыс. компании Solar Roadways на оборудование парковок материалом, который может служить одновременно и дорожным покрытием, и солнечной электростанцией. Панели, которыми покроют парковки, представляют собой трехслойные квадраты со стороной 3,6 м. Верхний слой является сверхпрочным и рифленым, чтобы выдержать вес большегрузных автомобилей и обеспечить сцепление с покрытием. Кроме того, он сделан полупрозрачным: извне через него должны проходить солнечные лучи, а снаружи – излучение светодиодов. Следующий уровень содержит фотоэлектрические и нагревательные элементы (последние – для самостоятельной очистки от снега и льда), а также светодиоды, микропроцессор и вспомогательную электронику. Наконец, подложка «занимается» распределением электричества и отправкой сигналов, а также изолирует электронный слой от почвы.

Представлена новейшая станция для подзарядки «зеленых» автомобилей Электромобили покорили сердца жителей Земли, и во многих странах в последнее время активно развивается сеть подзарядочных станций. А уже сегодня с гордостью можно представить новейшую станцию для заряжения «зеленых» автомобилей – Sanya Skypump, которая использует энергию солнца и ветра для производства электроэнергии. Ее разработали компании, создавшие несколько подобных устройств, – Urban Green Energy и GE Energy Industrial Solutions. Наверху этого сооружения расположены витки с ветряной турбиной между ними и с солнечными панелями на них. Комбинированной энергии, производимой ими, достаточно, чтобы зарядить электромобиль или другое такое средство передвижения в течение 4–8 часов. Эта станция есть уже на многих парковках Европы и Америки, ведь она занимает мало места – не больше, чем фонарный столб, и использует доступные природные ресурсы. Кстати, по ночам она сама превращается в фонарный столб – скопленная за день энергия используется для освещения.

10 | ENERGY FRESH

Здание «Инь и Ян» – своеобразный манифест о близости человека к природе Близнецы из sanzpont [arquitectura] положили в основу концепции своего проекта представления о балансе противоположностей, о природе Инь и Ян. Архитекторы sanzpont [arquitectura] хотят создать здание, представляющее собой культуру, в которой оно будет функционировать, чтобы напомнить местным жителям откуда они родом. К тому же это своеобразный манифест о близости человека, несмотря на технические достижения, к природе – здание буквально утопает в зелени. Особое значение в sanzpont [arquitectura] придали некоторым техническим решениям. В частности, инновационная кровля снабжена LED-покрытием, свечение которого обеспечивается за счет установки солнечных батарей. Значительные по площади участки крыши покрыты густой растительностью, участвующей в прогрессивных системах сбора и очистки дождевой воды, а также охлаждения объекта.

Карусель на солнечных батареях пополнит заряд мобильного телефона Компания GE представляет карусель на солнечных батареях. Презентация является частью цели GE по продвижению инновационных солнечных технологий, которая включает в себя использование новых панелей солнечных батарей, включающих ультратонкие модули пленок и полупроводников, основанных на теллуре. Эти солнечные батареи способны противостоять суровым погодным условиям – высоким температурам, влажности и ультрафиолетовым лучам. С помощью зарядных станций, которые установлены вокруг карусели, здесь же можно будет пополнить заряд сотового телефона и других портативных гаджетов.

№ 3(5) | сентябрь | 2011

ENERGY FRESH | № 3(5) | сентябрь | 2011

Компания Logitech выпустила беспроводную клавиатуру на солнечных батареях Ассортимент периферийной продукции компании Logitech был увеличен за счет новой беспроводной клавиатуры, предназначенной специально для пользователей Apple и выполненной в Mac-стилистике, модели Wireless Solar Keyboard K750. Новинка будет выпускаться в двух цветах – черном и серебристом, толщина корпуса клавиатуры будет равна всего 0,76 см, беспроводная связь будет осуществляться на частоте 2,4 ГГц и позволит практически исключить потерю сигнала при работе в радиусе до 10 метров. Среди особенностей устройства стоит упомянуть наличие встроенных солнечных батарей, заряжающих встроенный аккумулятор, полного заряда которого хватит на три месяца работы, а также конструкции, сделанной без использования поливинилхлорида (ПВХ).

Разработано новое гибридное транспортное средство, работающее на электричестве Усилиями швейцарской компании Peraves и немецкого автоконцерна BMW разработано новое гибридное транспортное средство, совмещающее в себе автомобиль и мотоцикл и работающее на электричестве. Называется новинка MonoTracer. MonoTracer имеет всего два колеса, но при этом салон его полностью закрыт. Это первое транспортное средство, которое занимает всего полполосы и использует электричество для питания. Для работы MonoTracer использует литиево-ионные батареи высокой мощности, с помощью которых развивает скорость до 250 км/ч – недостижимая цифра для электромобилей.

www.energy-fresh.ru

Анонсировано зарядное устройство для электромобилей, работающее на энергии ветра Британская компания по возобновляемой энергетике Ecotricity анонсировала зарядное устройство для электромобилей, которое получает энергию от ветра. Экологичная зарядная станция способна одновременно заряжать два электромобиля. Установка оснащена панелями солнечных батарей, которые будут дублировать работу ветровых турбин, к примеру, при полном штиле. Зарядная станция будет поддерживать все типы зарядных разъемов электромобилей. Для полной зарядки обычных электромобилей может понадобиться два часа, однако «быстрозарядные» автомобили следующего поколения будут готовы к поездке всего через 20 минут.

Ее Величество Королева Дании Маргрете II открыла вторую очередь завода Grundfos В рамках государственного визита Ее Величества Королевы Дании Маргрете II в Россию 7 сентября 2011 года состоялось торжественное открытие второй очереди завода по производству насосного оборудования GRUNDFOS. Ее Величество осмотрела производственные линии крупнейшего мирового производителя насосного оборудования и вместе с президентом концерна GRUNDFOS Карстеном Бьергом (Сarsten Bjerg) перерезала символическую ленту. «Дания – общепризнанный лидер в области сбережения энергии. Мы благодарны Ее Величеству и датскому правительству за поддержку идей энергосбережения, заложенных в основу производства GRUNDFOS», – заявил г-н Бьерг.

FRESH NEWS | 11

Солнечная энергетика

Специальные аккумуляторы производства GNB Industrial Power для систем с использованием энергии солнца и ветра Ф.А.Замышляев, О.С.Скроцкая, С.Г.Скроцкий, ЗАО «Акку-Фертриб», Москва

Альтернативные источники тока Рост населения Земли и развитие промышленности с каждым годом требуют все большего количества полезных ископаемых, на освоение которых приходится затрачивать все больше и больше энергии. Однако запасы традиционных источников на сегодняшний день весьма ограничены и находятся на грани исчерпания. Кроме того, их использование загрязняет окружающую среду. Перспективным путем решения проблемы дефицита природных ресурсов является освоение альтернативных источников энергии. Самыми экологически дружественными в настоящее время являются электроустановки, использующие возобновляемую энергию воды, солнца и ветра. Энергия солнца и ветра преобразуется в традиционную для промышленных и бытовых нужд электрическую энергию посредством солнечных панелей и ветрогенераторов. Непосредственное применение преобразованной возобновляемой энергии возможно только тогда, когда складываются благоприятные условия с точки зрения солнечной освещенности или силы ветра. Для того чтобы выработанная электроэнергия могла использоваться в другие периоды времени, ее необходимо накопить, что достигается включением в схему энергетической

12 | ENERGY FRESH

установки автономных источников тока – свинцово-кислотных аккумуляторов. При этом днем в случае использования преобразованной солнечной энергии аккумуляторная батарея

заряжается, а ночью или в пасмурную погоду она отдает накопленный электрический заряд. То есть режим эксплуатации батареи является типично циклическим, в котором наиболее

№ 3(5) | сентябрь | 2011

ENERGY FRESH | № 3(5) | сентябрь | 2011

сложные условия связаны с длительными разрядами продолжительностью до нескольких дней малыми токами со снятием 100-процентной емкости. Следует также отметить, что в некоторых применениях, например на морских буях, аккумуляторы могут не получать заряда до нескольких месяцев, то есть в течение всего периода навигации работать только на разряд. Очевидно, что аккумуляторные батареи, разработанные для традиционного применения в параллельно-резервном или даже циклическом режимах, не справятся со столь сложными условиями эксплуатации, и их жизненный ресурс будет заметно сокращен относительно расчетных ожидаемых значений. Для указанных условий требуются специальные автономные источники тока, предназначенные для накопления и расходования преобразованной возобновляемой энергии со всеми вытекающими требованиями к их устройству и эксплуатационным характеристикам. Технические требования, предъявляемые к аккумуляторным батареям, работающим в составе установок преобразования возобновляемой энергии, определяются их областью применения. Это могут быть небольшие системы автономного питания для частных применений или маломощных устройств, таких как парковочные и разменные автоматы, телефоны экстренной связи. Установки в среднем диапазоне мощностей, например, небольшие промышленные установки, морские буи, метеостанции. Установки высокой мощности с большой циклической нагрузкой, к которым относятся независимые островные системы электроснабжения, обеспечивающие питание большого количества потребителей. Для того чтобы системы преобразования возобновляемой энергии могли успешно конкурировать с такими традиционными отраслями, как угольная, газовая и нефтяная, они должны быть экономически оправданны и обладать высокой степенью надежности. В настоящее время внедрение альтернативных источников энергии, автономных и децентрализованных, во многих странах уже становится более выгодным как с экологической, так и с экономической точки зрения, а такой природ-

www.energy-fresh.ru

ный элемент, как кремний, из которого изготавливаются солнечные фотоэлементы, сейчас называют «нефтью XXI столетия». Современные фотоэлектрические установки имеют относительно невысокий КПД 8–16%, но, несмотря на это, их применение чрезвычайно оправданно, не в последнюю очередь благодаря закону о возобновляемых источниках энергии, который принят в Европе и гарантирует материальное возмещение переданной в сеть общего пользования выработанной энергии. Аккумуляторы производства GNB Industrial Power – эффективное решение для накопления и использования возобновляемой энергии Exide Technologies представляет аккумуляторные батареи, применяемые в области возобновляемой энергии, которые отличаются высочайшей надежностью, эффективностью и отвечают всем современным требованиям.

Старейшие заводы, принадлежащие концерну EXIDE Technologies, ведут свой отсчет от начала прошлого столетия. За такой значительный период деятельности в области разработки и производства автономных источников тока накоплен огромный научно-технический потенциал и опыт в части внедрения и эксплуатации продукции в реальных жизненных, а не лабораторных условиях. Аккумуляторы для установок преобразования возобновляемой энергии являются логическим продолжением технической деятельности EXIDE Technologies и достойным ответом

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА | 13

Солнечная энергетика на вновь возникающие потребности современного рынка. С октября 2010 года промышленное подразделение концерна называется GNB Industrial Power и предлагает специальные автономные источники тока для всех известных на сегодняшний день применений в области альтернативной энергии. Предлагаемые аккумуляторы выпускаются по всем освоенным технологиям: это, конечно, аккумуляторы с жидким электролитом аккумуляторы с электролитом, загущенным до желеобразного состояния, и аккумуляторы, выпускаемые по относительно новой технологии, с впитанным в сепаратор электролитом (AGM). Батареи производятся в огромном диапазоне емкостей – от десяти до нескольких тысяч ампер-часов, с разнообразным циклическим ресурсом – от 600 до 2000 циклов зарядаразряда по МЭК 896-2. Кроме того, прогнозируемое количество циклов может варьироваться при подборе батареи таким образом, чтобы в процессе ее эксплуатации фактическая глубина разряда оказывалась бы меньше стандартной. Батареи изготавливаются, в зависимости от технологии и назначения, как с плоскими намазными положительными пластинами, так и с трубчатыми, что также обеспечивает

14 | ENERGY FRESH

потребителю широчайшие возможности выбора как в эксплуатационной, так и в ценовой категориях. Хотелось бы отметить предлагаемые GNB Industrial Power серии батарей с желеобразным электролитом, которые выпускаются под торговой маркой Sonnenschein Solar, обладают всеми преимуществами всемирно известных батарей dryfit, не требуют обслуживания в течение всего срока эксплуатации, включают серии с плоской намазной и трубчатой положительной пластиной, обеспечивают циклический ресурс до 1600 циклов по МЭК, охватывают диапазон емкостей от 10 до 3500 А.ч. Находят применение как в быту, так и на крупных солнечных и ветряных островных электростанциях. Интересным продолжением разработок в области производства малообслуживаемых аккумуляторов закрытого типа является их реализация в установках преобразования возобновляемой энергии. EXIDE Technologies предлагает как простые недорогие серии типа Classic EnerSol для маломощных применений и промежуточные варианты типа Classic EnerSol T, так и высокомощные циклические батареи (2000 циклов по МЭК) с трубчатой положительной пластиной и жидким электролитом серии Classic OPzS Solar. Сам по себе вызывает интерес факт выпуска AGM-батарей циклического назначения. Уникальные по своей конструкции, температурному рабочему диапазону и диапазону емкостей (до 6000 А.ч.) батареи Absolyte производятся с 1983 года компанией GNB, которая в настоящее время входит в концерн EXIDE Technologies. Это первая герметизированная аккумуляторная батарея большой емкости, принятая к эксплуатации в области фотоэлектричества. Батареи Absolyte отличаются беспрецедентным для AGM-аккумуляторов циклическим ресурсом 1500 циклов заряда-разряда при глубине 80% и температуре 25°С. В производственной программе технологии AGM есть также весьма удачное решение для простых применений – серия Sunlyte, состоящая всего из одного типопредставителя с емкостью 100-часового режима, равной 100 А.ч. Несмотря на то что серия Sunlyte представлена аккумулятором

только одной емкости, популярность ее чрезвычайно высока, потому что, как показывает опыт, батареи 12 Вольт 100 А.ч. наиболее часто применяются в установках бесперебойного питания средней мощности и подходят как для бытовых нужд, так и для промышленного использования. Выбор аккумуляторной батареи для специального циклического применения требует особого подхода и тщательного анализа данных, связанных с условиями ее эксплуатации и возможностями заряда. Поэтому для получения наилучшего и прогнозируемого результата всегда рекомендуется проконсультироваться с производителем аккумуляторных батарей или его техническим представителем. Это поможет сэкономить время и правильно распределить затраты при построении системы гарантированного электроснабжения с использованием преобразованной энергии альтернативных возобновляемых источников.

ЗАО «Акку-Фертриб» 119311, г. Москва, а/я 69, пр-т Вернадского, д. 8А, Башня Б Тел: +7 495 228 13 13 Факс: +7 495 647 98 88 e-mail: av_info@akku-vertrieb.ru www.exide-technologies.ru

№ 3(5) | сентябрь | 2011

ENERGY FRESH | № 3(5) | сентябрь | 2011

www.energy-fresh.ru

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА | 15

Солнечная энергетика

Проблемы и пути развития фотоэнергетики в России Черкасов М.И., Борячок В.В., Хафизов А.Д., ООО «ЭКО МИР»

Особенности развития альтернативной энергетики в РФ К настоящему времени Россия, к сожалению, существенно отстает в развитии нетрадиционной, альтернативной энергетики по сравнению с другими промышленно развитыми странами. Это объясняется несколькими причинами, главной из которых, по нашему мнению, является отсутствие понимания назревшей необходимости перехода на новые виды энергии из-за того, что природно-географическое положение и сырьевая база позволяют России расточительно эксплуатировать свои природные богатства. Перефразируя известную народную поговорку, можно сказать: «Россия сидит на нефтяной/ газовой игле». Европейские страны, а также Япония, некоторые африканские и латиноамериканские страны весьма болезненно реагируют на свою зависимость от стран-производителей нефти и газа и начали задумываться над проблемой ее уменьшения. Они активно пытаются решить проблему сокращения нефтегазовой зависимости путем увеличения альтернативных источников. Например, этим объясняется и появление в некоторых так называемых развивающихся странах – Сенегале и Индии – одновременно двух Министров энергетики: одно занимается традиционной, другое – альтернативной. Даже бедные страны Азии и Африки ввели в старших классах курс возобновляемой энергетики. Таким образом

16 | ENERGY FRESH

школьники понимают важность проблемы и готовятся к развитию крупных комплексов фотоэлектрических установок. Внедрение нетрадиционных источников энергии становится для таких стран национальной задачей. По нашему убеждению, ошибочно распространенное мнение, что основная территория России расположена в зоне с низкой интенсивностью солнечного излучения, менее 1600 час/год. Южные регионы европейской части России и огромные пространства Сибири и Приморья, где длительность солнечного свечения превышает 2000 час/год, имеют все основания успешно использовать энергию солнца в народном хозяйстве. Существенным тормозом в развитии альтернативной энергетики в России также является высокая стоимость используемого оборудования и, соответственно, себестоимость производимой энергии. И в странах Западной Европы, и в Японии, и Южной Корее эту проблему решают за счет предоставлении безвозмездной субсидии на 50% стоимости солнечных электростанций. Кроме того, в пользу ВИЭ говорит и факт постоянного роста тарифов на электроэнергию, получаемую от традиционных источников, при одновременном сокращении стоимости производства устройств альтернативной энергетики. И в то же время, несмотря на проблемы и трудности развития ВИЭ в России, мы убеждены, что в России назревает бум внедрения солнечных технологий.

Примером этому служат следующие события и факты. Еще в 2010 году в Белгородской области построена и запущена в эксплуатацию первая в России 100 кВт-ная фотоэлектрическая солнечная электростанция (СЭС). Разрабатывается проект Кисловодской электростанции на солнечной энергии мощностью 12 МВт. РЖД начинает внедрять программу «Умный вокзал», которая предусматривает внедрение фотоэлектрических солнечных систем. Принята программа развития «кремниевой долины» в Северо-Кавказском ФО. Кроме того, в структуре подразделений «гигантов» энергетики России, таких как РусГидро, Росатом, а также в нефтегазовых компаниях появляются подразделения, отвечающие за внедрение ВИЭ. Политическая партия «Правое дело» в своей программе предлагает создание специального фонда в размере 10% от инвестиций в атомную энергетику на развитие в России возобновляемой энергетики. Некоторые наши соседи по СНГ уже опережают Россию. Так, например, в Крыму введена в эксплуатацию первая очередь (20 МВт) солнечной электростанции с заявленной мощностью 80 МВт – первая на постсоветском пространстве промышленная СЭС. Казахстан имеет серьезные намерения по развитию солнечной энергетики, развивая собственное производство солнечного кремния, а также планируя строительство СЭС с привлечением зарубежных компаний. Что касается небольших солнечных систем, мощностью 1,5–3–5 кВт, ко-

№ 3(5) | сентябрь | 2011

ENERGY FRESH | № 3(5) | сентябрь | 2011

торые устанавливаются в коттеджах, кафе, на дачах, телекоммуникационных вышках и т.д., в России с каждым годом появляется все больше и больше мелких частных компаний, продающих и устанавливающих такие системы. Распоряжение Правительства РФ от 8 января 2009 года об утверждении «Основных направлений государственной политики…» предусматривает, что к 2020 году 4,5% потребления электроэнергии в России должно быть от ВИЭ. К сожалению, об этом Постановлении редко вспоминают, хотя никто его и не отменял. Но достижение даже таких скромных показателей явилось бы революционным шагом для России, традиционно делающей ставку на топливную электроэнергетику. А задача действительно стоит весьма серьезная. Ведь эти 4,5% суммарно составят электрогенерацию в размере 80,2 млрд кВт•ч, а общая мощность ВИЭ должна достичь 25 ГВт. К сожалению, даже плановые показатели развития ВИЭ в России выглядят слишком скромно на фоне многих стран Европы. Так, в частности, принятая в 2009 году «Европейская программа 20х20х20» ставит задачу доведения к 2020 году доли выработки энергии от ВИЭ в странах ЕС до 20%. Только один наш итальянский партнер, компания ECOWARE, в течение последних лет производит по собственной технологии и устанавливает СЭС суммарной мощности 60–70 МВт ежегодно. Подводя промежуточный итог, с большой степенью вероятности можно сказать, что, учитывая тенденции мирового развития электроэнергетики, а также ресурсную базу России по суммарной солнечной радиации в южных регионах европейской части России, в южных и восточных районах Сибири и Приморья, которые по солнечной освещенности почти не уступают средиземноморским странам, вклад фотоэлектрических солнечных электростанций может быть очень существенным. Предложения по строительству СЭС в России В России еще нет опыта строительства промышленных (сетевых) СЭС. И те компании, которые возьмутся за осуществление таких проектов, не-

www.energy-fresh.ru

Рисунок 1. «Следящие за солнцем» солнечные панели.

пременно столкнутся с рядом проблем проектно-методического характера, отсутствием статистических данных по функционированию сетевых СЭС, подбора подходящего оборудования, проблем в процессе монтажа, подбора опытного персонала и др. Компания ECOWARE является ведущей компанией в Италии по проектированию, производству оборудования и строительству grid-connectedэлектростанций, то есть электростанций, выдающих электроэнергию в сеть. Она имеет свое представительство в России – ООО «ЭКО МИР». ECOWARE имеет большой опыт в строительстве сетевых СЭС и может служить надежным партнером для инвесторов и заказчиков строительства как сетевых, так и автономных СЭС в России и СНГ.

Компания ECOWARE на основе выкупленных лицензий мировых производителей фотоэлектрических модулей самостоятельно производит и внедряет большое количество СЭС различного типа, как для grid-connectedэлектростанций, так и для автономных систем. Например, большой интерес у специалистов вызывают установки типа Elianto – «подсолнух» – это следящая за солнцем система. Она состоит из несущей конструкции, механизма слежения за солнцем (трэкер), включающего 2 автоматических привода, собственно солнечной панели – совокупности солнечных модулей, скрепленных на специальной раме. Применение механизма слежения увеличивает мощность панели на 30–40%,

Рисунок 2. Солнечные панели с фиксированным наклоном.

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА | 17

Солнечная энергетика

Рисунок 3. Солнечные панели на крыше промышленных зданий.

позволяет ей лучше противостоять ветру. Слежение полностью автоматизировано. Общий вид таких установок показан на рисунке 1. Системы с фиксированных углом наклона более просты в производстве, монтаже и эксплуатации, занимают меньше площади (см. рисунок 2). Разработана серия продуктов для городской среды и промышленных зон. Это автостоянки с солнечными панелями – от стоянок для нескольких машин до больших паркингов, и остановки для общественного транспорта. С присущей итальянской художественной элегантностью в компании разрабатываются разные варианты остановок. Для установки на крышах зданий и сооружений в промышленных зонах компания разработала специальные системы, которые могут работать в

двух режимах – в энергосберегающем и автономном, если произойдет отключение промышленной электрической сети (см. рисунок 3). Что касается сотрудничества с Россией, компания ECOWARE уже начала разрабатывать первый пилотный проект СЭС для Республики Бурятия. Этот регион, как и соседние, отличается высокими показателями солнечной радиации, и одновременно существует проблема «северного завоза» – многие поселки питаются электроэнергией только от дизель-генераторов. Предлагаемый проект СЭС мощностью 100 кВт обеспечит в течение всего года электроэнергией поселок Курорт Баунт вместо существующей в настоящее время дизельной электростанции. Реализация этого проекта позволит решить по крайней мере две существенные проблемы: а) хозяйственную – практически полностью отказаться от проблем, связанных с доставкой жидкого топлива в труднодоступный горный район; б) экологическую – сделать первый серьезный шаг в деле реализации программы внедрения возобновляемой энергии в повседневную жизнь с целью сохранения уникальной природной среды Байкальского региона. Предложенный компанией вариант СЭС мощностью 100 кВт имеет хоро-

Рисунок 4. Распределение по месяцам коэффициента производительности PR для СЭС в пос. Курорт Баунт в Республике Бурятия.

18 | ENERGY FRESH

шие показатели производительности. По произведенным расчетам, значение коэффициента производительности PR равно 80,5% (см. диаграмму на рисунок 4). Это показывает, что для СЭС в Бурятии этот показатель не уступает показателям PR для СЭС, построенных в средиземноморских странах. А по сложившейся практике именно этот показатель является определяющим среди характеристик СЭС (стандарт 61724 Международной электротехнической комиссии, секция 82, фотовольтаика, IEC TC-82). Таким образом, компания ECOWARE обладает самыми современными технологиями и ноу-хау по производству высококачественных солнечных модулей и солнечных систем. Имеет широкий ряд продуктов, что позволяет удовлетворить любые запросы заказчиков. Наши основные предложения Компания ECOWARE совместно со своим представительством в России ООО «ЭКО МИР» предлагает строительство в России и СНГ фотоэлектрических солнечных электростанций с применением продуктов и передовых, отработанных технологий мирового уровня, а именно: 1. Поставка из Италии и монтаж на месте фотоэлектрических солнечных электростанций мощностью от 1 МВт и выше с передачей электроэнергии в сеть. 2. Строительство автономных СЭС (как крупных, так и малых) в отдаленных районах рядом с предприятиями, небольшими городами и поселками, где существует дефицит электроэнергии и (или) экономически нецелесообразно подведение ЛЭП. 3. Оснащение предприятий, домов, коттеджей, гостиниц, больниц, школ, санаториев солнечными системами для автономного электроснабжения или комбинированными с целью повышения надежности электроснабжения и энергосбережения. 4. Создание в российских регионах совместных производственных структур с целью использования местных производственных и сырьевых ресурсов при реализации крупных программ по альтернативной энергетике.

№ 3(5) | сентябрь | 2011

ENERGY FRESH | № 3(5) | сентябрь | 2011

www.energy-fresh.ru

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА | 19

Солнечная энергетика

Powercom

Комплексное решение для солнечной энергетики А. Морозов, менеджер по дистрибуции представительства, POWERCOM Russia

Ориентируясь на качество солнечных решений, вы снижаете риск потерять вложенные средства.

ачиная с 2006 года компания POWERCOM осуществляет полный цикл производства решений для солнечной энергетики, который охватывает все этапы: от изготовления сырья до сборки готовых изделий. Поликристаллический кремний, служащий сырьем, производится по современной технологии, обеспечивающей замкнутый производственный цикл и снижающей выброс вредных веществ. Кремний, очищенный от посторонних примесей до уровня, требуемого при изготовлении ячеек солнечных панелей, поступает на технологическую линию в виде пла-

20 | ENERGY FRESH

стин стандартного размера. Процесс изготовления полностью автоматизирован, последовательно выполняются операции создания антибликового слоя пластин, нанесения контактной сетки на обе стороны, промежуточное и окончательное тестирование солнечных ячеек. Завершающей стадией производства является сортировка полученной продукции по партиям в зависимости от измеренной величины эффективности каждого элемента. Это важно при последующей сборке солнечных па-

нелей, поскольку для снижения потерь в панели необходимо использовать элементы с одинаковым значением эффективности. Линия по производству солнечных панелей обеспечивает суммарную годовую мощность выпускаемой продукции до 45 МВт с перспективой расширения до 90 МВт. Каждая солнечная панель проходит индивидуальный тест на эффективность на специальном стенде, имитирующем стандартную освещенность, и только после этого изделию присваивается серийный номер. Дополнительно панели тестируются на ультразвуковом сканере на наличие скрытых дефектов в конструкции. Высокое качес тво солнечных панелей POWERCOM оценено заказчиками по всему миру, в том числе Германии, Италии, Испании, Австралии и США, а также подтверждено сертификатами TUV и UL. Компания POWERCOM не только является производителем всего спектра продукции для создания решений для солнечной энергетики, но и осуществляет внедрение этих решений. На счету компании десятки построенных

№ 3(5) | сентябрь | 2011

ENERGY FRESH | № 3(5) | сентябрь | 2011

Справка Компания POWERCOM не только является производителем всего спектра продукции для создания решений для солнечной энергетики, но и осуществляет внедрение этих решений. крупных генерирующих станций на солнечной энергии, мощность каждой из них измеряется мегаваттами. В качестве примера можно привести недавно введенную в строй генерирующую станцию на Тайване, построенную полностью на оборудовании POWERCOM. Для преобразования солнечной энергии используются мультикристаллические солнечные панели PPV-230M6, обеспечивающие при уровне стандартной освещенности 1000 Вт/м2 выходную мощность 230 Ватт.

Панели расположены на фиксированных креплениях под углом к горизонту ~ 22°, который обеспечивает на этой географической широте оптимальный угол падения лучей солнечного света. Для преобразования постоянного напряжения от солнечных панелей в переменное напряжение электросети используются инверторы производства POWERCOM(модели SLK-4000I), располагаемые непосредственно под солнечными панелями. Инверторы серии SLK соответствуют стандарту защиты IP65, что позволяет использовать их вне помещений. Трехфазная сеть переменного тока генерирующей станции разбита на отдельные сегменты, каждый из которых состоит из трех пар инверторов.

Использование на каждой фазе пары инверторов, работающих в параллельном режиме, но получающих питание от двух разных сегментов солнечных панелей, позволяет избежать снижения мощности по фазе при частичном затенении станции. Программа мониторинга генерирующей станции позволяет не только получать текущую информацию о выработке энергии, но и общие показатели. В том числе общую выработанную мощность и количество СО2, которое могло быть выброшено в атмосферу при сжигании соо т в е тс т в у ющ е го объема дизельного топлива. Д ля с татис тики ведется регистрация температ уры окружающей среды, солнечных панелей, величины освещенности и т.п. На станции предусмотрен датчик скорости ветра для наблюдения за безопасностью эксплуатации систем. Решения для солнечной энергетики достаточно дорогостоящие, со сроком окупаемости не менее 10 лет, и риски не оправдать вложенные инвестиции, приобретая некачественные непроверенные продукты, достаточно высоки. Одна из причин вертикальной интеграции солнечного бизнеса Powercom – желание контролировать качество не только отдельных элементов солнечных решений, но и качество работающей солнечной электростанции в целом!

POWERCOM CO., Ltd Москва г. Москва, 1-й Кабельный пр-д, д. 2, офисы 35-37 Тел./факс: +7 (495) 651-62-81/82 POWERCOM CO., Ltd Тайвань 8F.No.246, Lien Chen Rd., Chung Ho City, Taipei Hsien, Taiwan Тел.: 886-2-2225-8552 Факс: 886-2-2225-1776, 2226-0537 E-mail: market@upspowercom.com.tw www.pcmups.com.tw

www.energy-fresh.ru

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА | 21

Солнечная энергетика

Применение фотоэлектрических станций в системах электроснабжения П.М. Михалев, Генеральный директор, ООО «ВИЭКО»

В настоящее время известны две основные схемы работы фотоэлектрических станций – так называемые системы off-grid (не подсоединенные к сети – автономные) и grid-tie (связанные с сетью – сетевые). Не все понимают, что и автономные солнечные электростанции могут быть соединены с сетью, но сеть в данном случае используется как еще один из нескольких возможных источников энергии. Коренное отличие этих электростанций кроется в вариантах запасания энергии.

втономная станция запасает энергию в своих собственных аккумуляторных батареях, емкость которых всегда конечна и при сегодняшних ценах часто ограничивается кошельком владельца станции. Сетевая же всю выработанную энергию передает в сеть, которая, по сути, является гигантским аккумулятором с практически неограниченной емкостью. В этих отличиях кроются и достоинства, и недостатки двух конфигураций солнечных электростанций. Рассмотрим их подробнее. Начнем с автономной солнечной электростанции, конструкция которой более-менее известна широкой публике. Обычно автономная солнечная электростанция (мы рассматриваем только электростанции для стандартного электроснабжения 220/380 В переменного тока с частотой 50 Гц) состоит из: • группы фотоэлектрических модулей; • иногда (на этом обычно экономят, ухудшая условия эксплуатации) – коммутационной коробки для параллельного соединения цепочек модулей (String Box) и защиты от короткого замыкания и импульсных перенапряжений; • контроллера заряда; • аккумуляторного блока с автоматическим выключателем или плавкой вставкой; • инвертора для преобразования постоянного тока в переменный;

22 | ENERGY FRESH

• зарядного устройства для подзарядки аккумуляторов от дополнительного источника энергии (генератора или сети), часто зарядное устройство встроено в инвертор, и в таком случае в инверторе встроен так называемый AC-switch. При наличии нормального напряжения на входе инвертора это напряжение передается непосредственно в нагрузку без преобразования, параллельно производится подзарядка аккумуляторного блока. Начнем с достоинств: • станция может работать везде, где есть дневной свет (кроме зимы за Северным и Южным полярными кругами); • если расчет компонентов произведен верно, такая станция обеспечивает энергией подключенную нагрузку; • подобного рода станция имеет некоторую независимость от погодных условий (меньшей инсоляции) при наличии генератора. Теперь несколько слов о недостатках: • если расчет компонентов был ошибочным, станция не обеспечит работу подключенной нагрузки либо по мощности (ограничена мощность инвертора) либо по расходу энергии (неправильно рассчитаны количество солнечных модулей и емкость аккумуляторов);

• если необходимо срочно увеличить мощность подключенной нагрузки или расход энергии, необходимо докупать дополнительное оборудование; • срок службы аккумуляторов очень ограничен, для большинства применяемых в подобных системах он не превышает 900–1200 циклов заряд/разряд, а на практике это означает, что, возможно, вам придется заменить весь комплект аккумуляторов через 2,5–3,5 года, так как стоимость аккумуляторов составляет от 30 до 50% стоимости всей электростанции – это не очень утешительный факт. За срок рассмотрения (обычно это 25 лет) подобную процедуру придется произвести несколько раз; • другая грань этой же проблемы – если нагрузка мала, а аккумуляторы полны, то солнечные модули работают вхолостую, не производя полезной работы, и немалые деньги, затраченные на солнечную электростанцию, не приносят пользы. Теперь рассмотрим сетевые электростанции. Типичный состав оборудования: • группа фотоэлектрических модулей; • иногда – коммутационные коробки для параллельного соединения цепочек модулей (String Box) и защиты от короткого замыкания и импульсного перенапряжения, в зависимо-

№ 3(5) | сентябрь | 2011

ENERGY FRESH | № 3(5) | сентябрь | 2011

сти от количества и конструкции инверторов (в некоторых инверторах имеются встроенные String Box); • инверторы, для преобразования постоянного тока в переменный и подачи энергии в сеть. Как видим, набор оборудования гораздо меньше и, соответственно, стоимость станции значительно ниже. Посмотрим на достоинства: • так как в системе отсутствуют аккумуляторы, КПД которых колеблется от 65 до 82%, мы больше солнечной энергии доставим потребителям; • так как емкость сети фактически бесконечна, вся выработанная энергия всегда будет передана в сеть – исключена ситуация работы вхолостую; • так как нагрузка питается от сети в которую мы добавляем солнечную энергию, мощность нагрузки и расход энергии ограничены только параметрами подлючения к сети, а не оборудованием солнечной электростанции. Но есть один недостаток, который в нашей стране с низким качеством электроснабжения может доставить неприятности: • при отсутствии сети солнечная электростанция не работает. Можно ли создать такой набор оборудования, который уменьшит, а то и вовсе устранит недостатки обоих конструкций, а достоинства оставит нетронутыми? Практика показывает, что да, такой вариант возможен. Для этого нужен всего-навсего специальный блок автоматики, который мы назвали «автомат сеть/нагрузка». Комплект оборудования в таком наборе выглядит так: • группа солнечных модулей; • String Box, в зависимости от сетевого инвертора; • автомат сеть/нагрузка; • автономный инвертор со встроенным зарядным устройством и ACswitch; • блок аккумуляторных батарей. То есть станция состоит из двух блоков – солнечного и бесперебойного, взаимодействие которых осуществляется при помощи блока автоматики. Конечно, нужно сделать оговорку, что подобная схема применима не везде, но если у вас есть здание или объект,

www.energy-fresh.ru

подключенный к сети, а стоимость электроэнергии велика и, кроме этого, бывают перебои (все равно нужно ставить бесперебойник для ответственных нагрузок), то такая схема вполне применима. Как же работает подобная солнечная электростанция? В зависимости от состояния сети возможны несколько режимов: • сеть в наличии – энергию от солнечного блока автоматика подает на вход бесперебойного блока, и она идет на питание нагрузки, подключенной к бесперебойному блоку, подзарядку аккумуляторов и питание других нагрузок потребителя, не подключенных к выходу бесперебойного блока. Если суммарная мгновенная мощность всех нагрузок объекта больше мгновенного значения мощности солнечного блока, вся энергия используется внутри объекта – счетчик на вводе считает медленнее. Если суммарная мгновенная мощность всех нагрузок объекта равна мгновенному значению мощности солнечного блока, вся энергия используется внутри объекта – счетчик на вводе не считает. Если суммарная мгновенная мощность всех нагрузок объекта меньше мгновенного значения мощности солнечного блока – часть энергии используется внутри объекта, остальная энергия поступает за пределы объекта, счетчик на вводе (если он с диском, может крутиться в обратную сторону, как поведут себя другие типы счетчиков, неизвестно). • сеть отключилась – автоматика переключает подачу энергии от солнечного блока на выход бесперебойного блока, и она идет на питание нагрузки, подключенной к бесперебойному блоку, и подзарядку аккумуляторов (это возможно не со всеми типами автономных инверторов – декларируют эту функцию только два европейских изготовителя). Если суммарная мгновенная мощность всех нагрузок, подключенных к бесперебойному блоку, больше мгновенного значения мощности солнечного блока – вся энер-

гия используется для питания этих нагрузок, недостающая энергия берется из аккумуляторов. Если суммарная мгновенная мощность всех нагрузок объекта равна мгновенному значению мощности солнечного блока – вся энергия используется этими нагрузками, аккумуляторы не заряжаются, но и не разряжаются. Если суммарная мгновенная мощность всех нагрузок объекта меньше мгновенного значения мощности солнечного блока – часть энергии используется подключенными нагрузками, остальная энергия идет на подзарядку аккумуляторов; если аккумуляторы полны – часть энергии не используется. Как видим, не все недостатки удалось преодолеть, но большинство из них все-таки отсутствует. Мы обеспечиваем как бесперебойность питания важных нагрузок, так и максимально используем солнечную энергию. В связи с тем, что напряжение цепочек модулей, используемых с сетевым инвертором, высокое, обычно выше 300 В, а максимально допустимое напряжение на входе контроллера заряда не может превышать 150 В, мы уменьшаем сечение проводов и тем не менее уменьшаем и потери в проводах. В целом КПД такой конструкции солнечной электростанции выше, чем КПД автономной электростанции, хотя и ниже КПД сетевой электростанции. Потребительские свойства выше, а главные недостатки автономных солнечных электростанций отсутствуют. Наша компания производит такие блоки автоматики сеть/нагрузка и может предложить их всем желающим. Кроме этого, мы производим систему монтажных профилей и крепежа для легкого монтажа солнечных модулей и String Box для различных ситуаций.

ООО «ВИЭКО» 109382, г. Москва, ул. Совхозная, д. 8 Тел.: +7 (495) 351-67-09 Факс: +7 (495) 351-11-02 www.viecosolar.com

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА | 23

Солнечная энергетика

24 | ENERGY FRESH

№ 3(5) | сентябрь | 2011

ENERGY FRESH | № 3(5) | сентябрь | 2011

Перспективы в мире и состояние в России О.И. Шуткин, начальник отдела технического сопровождения проектов, ООО «Хевел»

Солнечная энергетика (СЭ) – одно из наиболее перспективных направлений развития возобновляемых источников энергии. По оценкам специалистов1 (Рисунок 1), к 2100 году солнце станет доминирующим источником энергии на планете. Во многих странах солнечная энергетика получила активную государственную поддержку и стремительно развивается.

пыт этих стран показывает, что при определенных климатических, экономических и политических условиях солнечная энергетика уже сегодня может стать реальным конкурентом традиционной энергетике. Количество солнечной энергии, поступающей на Землю, превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и других энергетических ресурсов, в том числе возобновляемых. Использование всего лишь 0,0125% солнечной энергии могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики, а использование 0,5% – полностью покрыть потребности в будущем. Потенциал солнечной энергии настолько велик, что, по существующим оценкам, солнечной энергии, поступающей на Землю каждую минуту, достаточно для того, чтобы удовлетворить текущие глобальные потребности человечества в энергии в течение года. По используемому принципу преобразования солнечной энергии солнечные энергоустановки делятся на фотоэлектрические, реализующие метод прямого (безмашинного) преобразования солнечной энергии в электрическую с помощью фотоэлектрических преобразователей (ФЭП, или «солнечная батарея», «солнечный модуль»), и термодинамические, в которых солнечная энергия преобразуется сначала в тепло, которое в термодинамическом цикле тепловой машины, в свою очеGerman Advisory Council on Global change, 2003

редь, преобразуется в механическую энергию, а затем в генераторе – в электрическую. Наиболее широкое распространение в мире получили именно солнечные фотоэлектрические установки (СФЭУ). В России практическое использование солнечной энергии крайне ограничено, несмотря на широкие исследования, которые проводились и проводятся в этом направлении. В стране существует лишь несколько производств солнечных модулей, которые являются основой солнечных фотоэлектрических установок (СФЭУ) различных

типов, и очень ограниченный сегмент потребителей, готовых приобретать СФЭУ. Осведомленность о существовании и возможностях солнечной энергетики находится на низком уровне, отсутствуют законодательные нормы, поддерживающие производство и использование СФЭУ. Сегодня возникает одновременно целый ряд проектов по созданию и развитию производства СФЭУ в России. Проект строительства завода по производству солнечных модулей на базе передовой тонкопленочной технологии в Чувашской Республике (г. Новочебоксарск),

www.energy-fresh.ru

Рисунок 1. Прогноз энергетического баланса в мире до 2100 года.

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА | 25

Солнечная энергетика

Рисунок 2. Среднегодовая дневная сумма солнечной радиации, приходящей на оптимально ориентированную поверхность.

реализуемый компанией «Хевел», – один из таких широкомасштабных проектов. Производственная мощность завода, запуск которого запланирован на конец 2011 года, составит около 1 млн модулей (130 МВт) в год. Российская Федерация обладает огромным потенциалом использования солнечной энергии. Регионы юга России, Дальнего Востока и Забайкалья отличаются высоким уровнем солнечной радиации (инсоляции), сравнимым с южными регионами Европы, где солнечная энергетика уже получила интенсивное развитие2 (Рисунок 2). К примеру, в Германии, на большей части которой уровень солнечной инсоляции значительно ниже, только в 2010 году было установлено более 8 ГВт СФЭУ. Это вдвое больше, чем мощность самой крупной в России атомной электростанции – Ленинградской АЭС, и сравнимо с совокупной мощностью всех электростанций Московского региона, принадлежащих ОАО «Мосэнерго» (11,9 ГВт). Всего же, по различным оценкам, в Германии установлено около 15–20 ГВт СФЭУ, а общая установленная мощность СФЭУ в мире – около 40 ГВт по состоянию на конец 2010 года К факторам, которые в различной степени влияют на развитие СЭ в РФ, можно отнести следующие: • Климатические условия. Данный фактор влияет не только на год достижения сетевого паритета, но и на выбор той технологии СФЭУ, которая наилучшим образом подходит для конкретного региона.

26 | ENERGY FRESH

• Государственная поддержка. Наличие законодательно установленных экономических стимулов к развитию солнечной энергетики оказывает решающее значение на ее развитие. Среди видов государственной поддержки, успешно применяющихся в ряде стран Европы и США, можно выделить: льготный тариф для СЭС, субсидии на строительство СЭС, различные варианты налоговых льгот, компенсация части расходов по обслуживанию кредитов на приобретение СФЭУ. • Стоимость СФЭУ. Сегодня солнечные электростанции являются одними из наиболее дорогих используемых технологий производства электроэнергии. Однако по мере снижения стоимости 1 кВт*ч выработанной электроэнергии солнечная энергетика становится конкурентоспособной. От снижения стоимости 1 Вт установленной мощности СФЭУ (~3000$ в 2010 году) зависит спрос на СФЭУ. Снижение стоимости достигается за счет повышения КПД, снижения технологических затрат и снижения рентабельности производства (влияние конкуренции). Потенциал снижения стоимости 1 кВт мощности зависит от технологии и лежит в диапазоне от 5% до 15% в год. • Экологические нормы. На рынок солнечной энергетики положительно может повлиять ужесточение экологических норм (ограничений и штрафов) вследствие возможного пересмотра Киотского протокола. Совершенствование механизмов продажи квот на выбросы может

дать новый экономический стимул для рынка СФЭУ. • Баланс спроса и предложения электроэнергии. Реализация существующих амбициозных планов по строительству и реконструкции генерирующих и электросетевых мощностей компаний, выделившихся из РАО «ЕЭС России» в ходе реформы отрасли, существенно увеличит предложение электроэнергии, может усилить давление на цену на оптовом рынке электроэнергии. Однако выбытие старых мощностей и одновременное повышение спроса повлечет за собой увеличение цены. • Наличие проблем с технологическим присоединением. Задержки с выполнением заявок на технологическое присоединение к централизованной системе электроснабжения являются стимулом к переходу к альтернативным источникам энергии, в том числе к СФЭУ. Такие задержки определяются как объективной нехваткой мощностей, так и неэффективностью организации технологического присоединения сетевыми компаниями или недостатком финансирования технологического присоединения из тарифа. • Инициативы местных властей. Региональные и муниципальные органы управления могут реализовывать собственные программы по развитию солнечной энергетики или, более широко, возобновляеДанные Института высоких температур (ИВТ) РАН, 2003 2

№ 3(5) | сентябрь | 2011

ENERGY FRESH | № 3(5) | сентябрь | 2011

Рисунок 3. Цена (тариф) на электроэнергию для конечных потребителей3.

мых/нетрадиционных источников энергии. Сегодня такие программы уже реализуются в Красноярском и Краснодарском краях, Республике Бурятия и др. • Развитие собственного производства. Российское производство СФЭУ может оказать положительное влияние на развитие российского потребления солнечной энергетики. Во-первых, благодаря собственному производству усиливается общая осведомленность населения о наличии солнечных технологий и их популярность. Во-вторых, снижается стоимость СФЭУ для конечных потребителей за счет снижения промежуточных звеньев дистрибьюторской цепи и за счет снижения транспортной составляющей. Важным фактором развития СЭ является сравнение себестоимости электроэнергии, полученной от СФЭУ, со стоимостью электроэнергии, полученной из традиционных источников. Показателем перспективности СЭ, а соответственно и экономической целесообразности применения СФЭУ, в регионе является достижение паритета (равенства) вышеуказанных стоимостей.

Для централизованных потребителей используется термин «сетевой паритет», который означает: • для генератора: равенство себестоимости электроэнергии, вырабатываемой генератором, и оптового тарифа на электроэнергию (тарифа, по которому традиционная, «большая» генерация поставляет электроэнергию в сеть); • для потребителя: равенство себестоимости электроэнергии, вырабатываемой СФЭУ, и розничного тарифа на электроэнергию (тарифа, по которому энергосбытовая компания поставляет электроэнергию конечным потребителям). Для автономных потребителей в труднодоступных регионах, где нет доступа к общей электрической сети, паритет означает равенство себестоимости электроэнергии, вырабатываемой СФЭУ, и себестоимости электроэнергии, вырабатываемой дизель-генераторами. При этом в некоторых регионах РФ, где существует большая доля дизельной генерации, сетевой паритет уже достигнут.

По оценке Branan, составленной на основе данных Infomine Research Group и экспертов рынка, совокупный парк (установленная мощность) СФЭУ на конец 2008 года составил 4,3 МВт. По оценке исследования, проведенного в рамках программы TACIS4 в 2009 году, возобновляемая энергетика в России при наличии правовой поддержки и экономического участия государства может стать в перспективе важнейшим энергетическим сектором страны с реальным вкладом в суммарное производство электроэнергии и тепла на уровне 30–35% уже к 2030 году, из которых 15–20% может обеспечить гидроэнергетика, до 5–7% – ветроэнергетика, до 10% – биоэнергетика и до 5% – геотермальная и солнечная энергетика [11]. В рамках данного исследования подтверждается, что важность развития новых энергетических направлений на базе ВИЭ в России, помимо большого энергетического, экономического, экологического эффекта, связана с возрождением и дальнейшим развитием высокого технологического и индустриального уровня страны, созданием новых рабочих мест, развитием образовательного и интеллектуального уровня населения.

3 Данные ФСТ РФ, анализ компании Branan с учетом расчета себестоимости выработки электроэнергии с помощью дизельных генераторов в труднодоступных районах. 4 Программа содействия развитию экономических и политических связей Европейского союза со странами Восточной Европы, Кавказа и Средней Азии – Tacis – была инициирована Евросоюзом в 1991 году. Изначально название программы представляло собой английскую аббревиатуру Technical Assistance for Commonwealth of Independent States (Техническое содействие Содружеству Независимых Государств) – TACIS, однако, после того как сфера действия программы распространилась за пределы СНГ, было принято написание Tacis.

www.energy-fresh.ru

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА | 27

ветроэнергетика

Альтернативная энергетика MAG Д. Суворова, руководитель отдела маркетинга, MAG Россия

Россия обладает богатейшими запасами углеводородов, что при постоянно растущем мировом спросе на энергоресурсы позволяет нам успешно латать дыры в бюджете и не думать о том, что будет, когда эти запасы закончатся. Но думать придется, поскольку ресурсы иссякнут гораздо раньше, чем нам кажется. Отговорка «на наш век хватит» потеряла свою актуальность.

обыча газа и нефти на крупнейших месторождениях, разработанных еще во времена СССР, падает с каждым годом, а освоение новых скважин ведется очень медленно по причине их низкой рентабельности. По данным «Газпрома», в ближайшие 20 лет добыча газа в России упадет более чем втрое, что приведет к топливному дефициту и значительному росту тарифов, по которым мы уже догнали США и скоро догоним Западную Европу. А ведь на газе у нас работает

28 | ENERGY FRESH

более половины электростанций (в Московском регионе – 95%). Чтобы удовлетворить «энергетический голод», нужно уже сейчас осваивать альтернативные ресурсы, ведь топливо окружает нас, надо только научиться его использовать. В будущем автомобили с двигателями внутреннего сгорания должны уступить место электромобилям, поэтому роль электроэнергетики в мире станет еще более весомой. Сейчас львиная доля всей энергии вырабатывается на теплоэлектростанциях, работающих на углеводородном топливе, однако во многих странах их стремительно теснят станции, генерирующие электричество за счет использования «бесплатных» ресурсов – солнечного света, силы ветра и течения рек. «Приручать» эти источники энергии человечество научилось с незапамят-

ных времен, однако прежде использовалась лишь незначительная часть их потенциала. В России солнечная энергетика может успешно развиваться в Краснодарском крае и на Дальнем Востоке, где активность солнца достаточно высока. В прочих регионах можно использовать ветрогенетаторы, как это делается в Западной Европе, буквально засеянной сетью мощных ветряков. Ветроэнергетика – один из животрепещущих вопросов нашей промышленности. Россия обладает самым высоким в мире ветропотенциалом. Если в европейских условиях коэффициент использования установленной мощности для ветростанций равен около 25%, то в европейской части РФ его можно довести до 30%, а в районах Крайнего Севера – до 40%. Все работающие российские ветряки созданы

№ 3(5) | сентябрь | 2011

ENERGY FRESH | № 3(5) | сентябрь | 2011

по устаревшим технологиям с низким КПД, благодаря чему суммарная выработка электроэнергии на ветрогенераторах в нашей стране составляет около 17 МВт. Для сравнения стоит лишь упомянуть, что мощность одного современного ветрогенератора может достигать 5 МВт. На сегодняшний момент ветроэнергетика уже давно не экзотическое направление промышленности, технологии разработаны и внедрены по всему миру, России остается только использовать эти технологии. В данной статье мы расскажем о решениях группы компаний MAG для использования природного потенциала в области ветроэнергетики и применения солнечных батарей. Ветроэнергетика Компания MAG представляет технологические решения и оборудование для металлообработки, производства и обработки композитных материалов. Корпус рабочего колеса турбины, планетарная передача, узел коробки передач, подшипники, валы, лопасти и пр. – все это производится на станках MAG. Конкурентный рынок ветроэнергетики требует высоких стандартов качества, повышения производительности, сокращения тактового времени и передового производства при наилучшем сервисе. Идеальные решения этих сложных задач найдены за счет использования новых материалов, передовых производственных технологий и самых современных автоматизированных систем. Одно из

www.energy-fresh.ru

преимуществ разработок MAG заключается в представлении широкого спектра автоматизации изготовления компонентов – от простого станка для выкладки композитного материала, способного выкладывать лонжероны лопастей с большой скоростью, – до полной системы быстрой выкладки материалов, способной сократить время выкладки лопасти на 85%, а также вулканизацию форм, системы инверсирования и чистовую обработку. Безусловно, опыт в разработке и внедрении технологий для производства ветроэнергетических установок MAG будет являться преимущественным вкладом в развитие отечественных технологий: мы предлагаем огромный потенциал накопленных за многие годы знаний и технологий, которые восполняются инженерами компании в новом оборудовании и технологических решениях, опыт, реализованный на предприятиях Европы и США. Компания MAG проводит также постоянную проектно-конструкторскую работу, в рамках которой ведутся научноисследовательские проекты по ветроэнергетическому сектору.

производители могут повысить эффективность, улучшить качество деталей, сокращая при этом отходы материала и себестоимость производства единицы продукции. Будучи экспертами в области интеграционных решений и решений «под ключ», мы являемся подходящим партнером для выполнения всех требований в области производства компонентов оборудования для солнечной энергетики. Решения компании MAG в области солнечной энергетики основываются на более чем 30-летнем опыте автоматизации и включают производство тонкопленочных (aSi, CdTe, CIS, CIGS) и гибких фотоэлектрических модулей, кристаллических кремниевых модулей (c-Si), монокристаллических и поликристаллических, а также решения по транспортировке материала, использованию лазера, удалению и очистке кромки, снятия заусенцев, тестированию и пр. В настоящее время проводятся переговоры по вопросам применения разработок и технологий MAG в области альтернативной энергетики с рядом российских компаний, результатами которых мы надеемся поделиться в ближайших номерах.

Солнечная энергетика Благодаря инновационным решениям MAG по автоматизации и производству тонкопленочных и кристаллических силиконовых (кремниевых) c-Si-солнечных тепловых панелей

ветроэнергетика | 29

Энергосбережение

Локальный источник электрической энергии для энергообеспечения объектов газотранспортной системы магистральных газопроводов Беседин С.Н., к.т.н., генеральный директор ООО «нтц «микротурбинные технологии», Забелин Н.А., к.т.н., доцент, заместитель декана по научной работе энергомашиностроительного факультета, Рассохин В.А., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «турбинные двигатели и установки», Санкт-петербургский государственный политехнический университет (спбгпу), Фокин г.А., к.ф.м.н., генеральный директор, Харисов и.С., заместитель по по производству генерального директора, Ооо «газпром трансгаз санкт-петербург».

Газотранспортная система (ГТС), предназначенная для обеспечения транспортировки к конечному потребителю добываемого в удаленных районах природного газа, сама является крупным энергопотребителем. Так, для обеспечения подвода энергии к природному газу в нагнетателях при его доставке от мест добычи до европейской части Российской Федерации и далее в Европу в камерах сгорания ГПА сжигается 6–7% от общего расхода транспортируемого газа.

роме того, объекты ГТС являются потребителями электрической энергии. 1. Компрессорные станции (КС) – энергообеспечение площадки КС (освещение, отопление, связь, системы управления, средства защиты и пр.) – в среднем 0,5–2 МВт. 2. Энергообеспечение электродвигателей аппаратов воздушного охлаждения газа на КС – 0,3–1,5 МВт. 3. Компрессорные станции КС с электроприводными газоперекачивающими агрегатами (ГПА) – дополнительное энергообеспечение электродвигателей ГПА – 58–120 МВт. 4. Газораспределительные станции (ГРС) – в основном до 25 кВт. 5. Потребители линейной части магистральных газопроводов (крановые узлы, контролируемые пункты телемеханики, устройства электрохи-

30 | ENERGY FRESH

мической защиты, промежуточные радиорелейные станции связи) – 0,5–15 кВт. Электроснабжение компрессорных станций осуществляется в основном с помощью ЛЭП, что, конечно, оправдан и не подвергается сомнению, так как необходимо обеспечить работу компрессорной станции по схеме с высокой категорией по надежности электроснабжения. Потребители линейной части, как правило, удалены от энергетических центров региональных сетевых компаний, поэтому при электроснабжении от сетей энергосистем требуются большие капитальные затраты на строительство вдольтрассовых линий электропередачи. Однако строительство вдольтрассовых линий, имеющих большую протяженность и проходящих в лесных массивах и труднодоступных местах, весьма затратно и также не в

состоянии в полной мере обеспечить надежность энергообеспечения. Вопросам электроснабжения потребителей линейной части с помощью автономных источников в ОАО «Газпром» в последнее время уделяется большое внимание. Снабжение электроэнергией ГРС осуществляется также с помощью ЛЭП. Однако более перспективной представляется независимая подача электроэнергии от автономных источников [1, 2], что позволяет добиться уменьшения в 3–5 раз капитальных вложений, обеспечивает независимость от внешних источников, но требует осуществлять постоянный завоз топлива или подачу природного газа к автономному источнику. Кроме того, возможно комбинированное электроснабжение с питанием от централизованных и автономных энергоисточников [1]. К преимуществам

№ 3(5) | сентябрь | 2011

ENERGY FRESH | № 3(5) | сентябрь | 2011

можно отнести высокую надежность и гибкость, сохранение оптимальной для качества электроэнергии протяженности воздушных линий, а к недостаткам – больший в 2–2,5 раза объем капитальных вложений, чем при автономной схеме снабжения. Вопросы энергообеспечения потребителей линейной части магистральных газопроводов и газораспределительных станций подробно рассмотрены в работе [3]. Весь расход газа, прокачиваемого по магистральному газопроводу, в конечном итоге идет промышленным или бытовым потребителям и, так или иначе, проходит через ГРС. На ГРС перед подачей потребителю природный газ дросселируется от давления в магистральном газопроводе 5,4–9,8 МПа до давления 0,3–1,2 МПа. Так, в ООО «Газпром трансгаз Санкт-Петербург» из перекачиваемых за год примерно 100 млрд кубометров от 26,9 до 29,95% (28,7–29,1 млрд кубометров) было реализовано в России и передано российскому потребителю. Таким образом, часовое потребление газа составило 3,31 млн кубометров, а вся энергия газа, запасенная при его компримировании, при дросселировании была полностью потеряна. Весьма важным является вопрос выбора единичной мощности автономных источников электроэнергии для ГРС, тесно связанный с вопросами резервирования мощности и надежности электроснабжения. Рассмотрим мощностной ряд ГРС (по потреблению электроэнергии) на примере одной из крупнейших газотранспортных систем – ООО «Газпром трансгаз СанктПетербург», в состав которого входят 13 линейных производственных управлений, включающих в себя в настоящее время 25 компрессорных цехов с 163 газоперекачивающими агрегатами общей суммарной установленной мощности около 1100 МВт. Для подачи природного газа потребителю функционируют 230 газораспределительных станций, обеспечивающих редуцирование давления с давления в магистральном газопроводе до 0,3–1,2 МПа. В таблице 1 приведено распределение установленной мощности потребителей ГРС для выбранных диапазонов (в анализе рассматриваются 206 экземпляров ГРС, для которых существуют достоверные данные).

www.energy-fresh.ru

Таблица 1. Установленная электрическая мощность оборудования ГРС.

Диапазон мощности

Количество ГРС

кВт

шт

кВт

1–5

350,1

14,3%

4,11

>5–10

480,7

19,6%

8,28

>10–15

271,04

11,1%

13,55

>15–25

696,72

28,5%

22,47

>25–45

145,3

5,9%

36,32

>45

503

20,6%

100,6

Суммарная мощность

Как видно из таблицы и гистограммы, представленной на рисунок 1, в диапазон установленной мощности 1–25 кВт попадают 197 из 206 ГРС (73,5% потребляемой мощности), а в диапазон 1–45 кВт – 201 ГРС (79,4%). Оставшиеся 5 крупных ГРС с установленной мощностью более 45 кВт предназначены для снабжения больших

Средняя мощность

городов и промышленных предприятий (Выборг, Калининград, Кондопога, Псков и Никольское), расположены вблизи от линий электропередачи и не испытывают дефицита электроэнергии. Электроснабжение подобных ГРС целесообразно в основном выполнять от ЛЭП, поэтому они исключены из дальнейшего анализа.

Рисунок 1. Распределение количества ГРС по диапазонам установленной мощности.

Рисунок 2. Относительная суммарная мощность ГРС в выбранных диапазонах.

энергосбережение | 31

Энергосбережение

Рисунок 3. [6] Зависимость стоимости киловатта установленной мощности автономных источников электроэнергии от мощности: 1 – электрогенераторы с приводом на основе микротурбин; 2 – ветроэнергетические агрегаты; 3 – газопоршневые электроагрегаты; 4 – турбодетандеры; 5 – модули солнечных фотоэлементов; 6 – комплектный агрегат ЦНИИ СЭТ на основе топливного элемента; 8 – установки на основе термоэлектрогенераторов.

Из гистограммы, представленной на рисунка 2, следует, что 93 процента установленной мощности ГРС сосредоточено в диапазоне 1–25 кВт и лишь 7% – в диапазоне от 25 до 45 кВт. При этом следует учитывать, что практически не встречаются режимы, при которых задействована вся установленная мощность, то есть реально необходимо обеспечивать электроэнергией 25–75% установленной мощности. Таким образом, для покрытия

Рисунок 4. МДГ-20 на ГРС «Сертолово».

32 | ENERGY FRESH

потребностей ГРС в электроэнергии целесообразно выбрать мощность единичного автономного агрегата 20 кВт с возможностью ограниченного применения с перегрузочной мощностью до 25–26 кВт. Для ГРС мощностью до 25 кВт необходимо устанавливать 2 автономных источника, один из которых будет резервным, а для ГРС мощностью до 45 кВт – 3 источника. Следующим важным вопросом является тип автономного локального

источника электрической энергии. В работе [4] подробно рассматривалась возможность использования солнечных батарей и фотопреобразователей, химических преобразователей солнечной энергии, термоэлектрических генераторов, химико-каталитических генераторов (топливных элементов) и ветроэнергетических агрегатов, нашедших широкое применение в мировой практике. Кроме того, в [5, 6] анализировалась возможность использования таких автономных источников энергии, как турбогенераторы на базе микротурбин, турбодетандерные агрегаты и газопоршневые двигатели, был проведен подробный техникоэкономический анализ. В результате выполненных исследований в качестве основного варианта был выбран автономный энергоисточник на базе микротурбодетандерного генератора АЭИ МДГ-20 разработки ООО «НТЦ «Микротурбинные технологии» на основе малорасходной турбины конструкции ЛПИ-СПбГПУ. Для обеспечения работы микротурбодетандерного генератора МДГ-20 с электрической мощностью 20 кВт требуется расход газа 1200 кубометров в час. Таким образом, суммарный потенциал выработки электроэнергии на ГРС в масштабах ООО «Газпром трансгаз Санкт-Петербург» составляет более 55 МВт (на клеммах генератора). При среднеарифметической величине расхода газа через ГРС 14400 кубометров/час на каждой из ГРС в среднем можно выработать электрическую мощность 240 кВт, что многократно перекрывает все потребности самой мощной ГРС. Отработавший в МДГ-20 газ далее направляется потребителю по обычной схеме. По заказу ООО «Газпром трансгаз Санкт-Петербург» в рамках программы НИОКР ОАО «Газпром» в 2007–10 годах в СПбГПУ был выполнен ряд научно-исследовательских и опытноконструкторских работ, в результате чего в ООО «НТЦ «Микротурбинные технологии» был разработан и изготовлен опытный образец микротурбодетандерного генератора, который в настоящее время проходит стадию испытаний на ГРС «Сертолово». Характеристики МДГ-20 и его описание были доложены на 2-м международном форуме ENERGY FRESH 2010 [7].

№ 3(5) | сентябрь | 2011

ENERGY FRESH | № 3(5) | сентябрь | 2011

www.energy-fresh.ru

энергосбережение | 33

Энергосбережение

Рисунок 5. Входной блок подготовки технологического газа АЭИ МДГ-20.

Смонтированный на ГРС «Сертолово» опытный экземпляр МДГ-20 (рисунки 4, 5), помимо предусмотренной нормативными требованиями ОАО «Газпром» арматуры и предохранительных средств, включает в себя основные элементы, обеспечивающие его работоспособность: • входной регулятор давления – для стабилизации давления на входе в МДГ-20; • фильтр тонкой очистки – для предотвращения попадания минеральных частиц в проточную часть турбины; • подогреватель, предназначенный для поддержания температуры газа, исключающей возможность гидратообразования и обмерзания элементов конструкции в конце процесса расширения; • счетчик-расходомер газа для определения текущего расхода газа; • автоматический регулятор расхода газа, регулирующий подачу технологического газа через турбогене-

34 | ENERGY FRESH

ратор в зависимости от электрической нагрузки; • турбогенератор МДГ-20; • выходной регулятор давления, обеспечивающий стабильность давления на выходе из турбины; • система управления, обеспечивающая автоматическое управление работой АЭИ МДГ- 20 (рисунок 6); • система измерения теплофизических параметров газа, использующаяся для фиксации значений параметров на входе и выходе, что позволяет определять режимные характеристики опытного образца. Несмотря на то что опытный образец МДГ-20 проходит стадию испытаний, уже сейчас можно сделать некоторые выводы и дать рекомендации. Во-первых, опыт проведения монтажных и пусконаладочных работ на конкретной ГРС показал, что гораздо технологичнее выполнять автономные источники электрической энергии в блок-контейнерном исполнении – БК АЭИ МДГ-20. Все монтажные работы и

сдаточные испытания БК АЭИ МДГ-20, в совокупности со вспомогательным оборудованием, будут совершаться в заводских условиях, в ООО «НТЦ «Микротурбинные технологии». На ГРС будет поставляться один блокконтейнер, который необходимо подсоединить к коммуникациям ГРС – входному и выходному газовому коллектору, электрической сети и пр. Такой подход существенно уменьшает затраты на проектирование, необходимо будет только выполнить и согласовать проект привязки БК АЭИ МДГ-20 к основному технологическому оборудованию ГРС. Проектные работы по блок-контейнерам уже выполнены в ООО «НТЦ «Микротурбинные технологии». Во-вторых, подобный подход к использованию энергии редуцирования газа при его подаче потребителю целесообразно распространить и на топливный газ, подающийся в камеры сгорания ГПА. Так, например, цех, состоящий из трех ГПА мощностью по 16 МВт, потребляет за сутки около 450

№ 3(5) | сентябрь | 2011

ENERGY FRESH | № 3(5) | сентябрь | 2011

тыс. кубометров топливного газа, на базе энергии редуцирования которого можно выработать свыше 300 кВт электрической энергии на клеммах генератора, что покрывает большую часть потребности компрессорной станции. КПД преобразования энергии давления топливного газа в электрическую энергию в микротурбодетандерном генераторе находится на уровне 71–82%, при этом необходимо отметить, что электрическая энергия вырабатывается без сжигания дополнительного топлива, без организации дополнительных расходов газа, а процесс выработки энергии органично вписывается в технологический процесс и конструкцию основного технологического оборудования компрессорной станции.

Рисунок 6. Система управления МДГ-20.

«Газпром трансгаз Санкт-Петербург», ООО 196128, г. Санкт-Петербург, ул. Варшавская, д. 3 Тел.: +7 (812) 324-42-45 Факс: +7 (812) 324-42-43 E-mail: ltg@spb.ltg.gazprom.ru www.lentransgas.ru

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Голубев С.В. Варианты построения систем электроснабжения линейных потребителей магистральных газопроводов. Материалы заседания секции «Энергетика» Научно-технического совета ОАО «Газпром» (г. Санкт-Петербург, 13–15 февраля 2007 года.– М., ООО «ИРЦ Газпром», 2007. – 160 с. 2. Андреев С.В., Забелин Н.А., Петров С.П., Рассохин В.А. Создание автономного локального источника электрической энергии для электроснабжения линейных потребителей на базе малорасходной турбины конструкции ЛПИ. Материалы заседания секции «Энергетика» Научно-технического совета ОАО «Газпром» (г. Санкт-Петербург, 13–15 февраля 2007 года.– М., ООО «ИРЦ Газпром», 2007. – 160 с. 3. Фокин Г.А. Проблемы энергообеспечения линейных потребителей магистральных газопроводов и газораспределительных станций. // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2009. №4. С. 121–131. 4. Фокин Г.А. Применение автономных химических и нетрадиционных источников электрической энергии для энергообеспечения линейных потребителей магистральных газопроводов и газораспределительных станций. // Научнотехническиие ведомости СПбГПУ. 2009. №4. С. 131–140. 5. Беседин С.Н., Рассохин В.А., Фокин Г.А., Харисов И.С. Разработка и создание автономных энергетических установок малой мощности с расширительной турбиной. // Газотурбинные технологии. 2010, № 1. С. 10–13. 6. Фокин Г.А. Сравнительный анализ технико-экономических показателей автономных энергетических установок малой мощности для энергообеспечения линейных потребителей магистральных газопроводов и газораспределительных станций. // М., Теплоэнергетика, № 11, ноябрь 2010, с. 65–69. 7. Беседин С.Н., Забелин Н.А., Рассохин В.А., Фокин Г.А. Автономный источник энергетической энергии для газораспределительных станций – микротурбодетандерный генератор МДГ-20. // ENERGY FRESH, № 2, сентябрь 2010, с. 60–62.

www.energy-fresh.ru

энергосбережение | 35

ENERGY FRESH | № 3(5) | сентябрь | 2011

Мировая энергетика на рубеже второго десятилетия нынешнего века

И.Е. Матвеев, заведующий сектором топливно-энергетических ресурсов; А.С. Иванов, ученый секретарь, Всероссийский научно-исследовательский конъюнктурный институт (ВНИКИ)

В 2010 году и начале 2011 года мировая экономика постепенно выходила из финансово-экономического кризиса, отмеченного в 2009 году сокращением глобального ВВП (на 0,6%) – впервые за более чем полвека. Это во многом обусловило (в первый раз с 1982 года) снижение мирового энергопотребления (в 2009 году – на 1,5%) и сопровождалось рядом природных потрясений и техногенных катастроф, оказавших понижательное воздействие на энергопотребление и негативное влияние на окружающую среду, а также серьезными социальными столкновениями в зонах мировой энергетической значимости.

то сочеталось с технологическими продвижениями и прорывами, что в целом имело разнонаправленное воздействие на энергетическую сферу и существенно повлияло на облик мирового энергетического рынка, его структуру и перспективы. Спустя год после извержения вулкана в Исландии (весной 2010 года) последовало обострение вулканической деятельности в Андах, также серьезно спутавшее авиационное сообщение и топливное распределение; в ряде лесных районов России, как и в предыдущем году, повторились засуха и масштабные пожары. Вслед за катастрофой нефтедобывающей платформы в Мексиканском заливе последовало

Запасы энергоресурсов и структура их потребления В первом десятилетии нового века усилия мирового сообщества по разведке новых месторождений углеводородов и определенные достижения науки и техники, используемые в традиционной энергетике, позволили консолидировать мировые разведанные запасы нефти и газа. Вместе с тем запасы угля были пересмотрены в сторону уменьшения. Следует отметить, что многие текущие оценки мировых ископаемых энергоресурсов значительно расходятся ввиду различия методик подсчетов. В 2010 году вслед за кризисным сдерживанием энергопотребления произо-

мощное землетрясение в Японии, повлекшее аварию на АЭС «Фукусима -1» и пересмотр планов развития атомной энергетики в ряде стран ОЭСР. Вместе с тем успехи в области горизонтального бурения, в частности вдоль пласта с его последующим гидроразрывом, позволили расширить возможности извлечения сланцевого газа, что в некоторых государствах облегчило локальное обеспечение топливом. Статистические данные по мировой энергетике за 2010 год, опубликованные компанией «British Petroleum», выявляют направленности и масштабы процессов, происходящих в энергообеспечении – этом жизненно важном секторе мирового хозяйства.

Таблица 1. Мировые разведанные запасы углеводородов

1990 г.

2000 г.

Количество лет разработки ресурсов 1)

Изменения, %

2010 г.

1990–2000 гг.

2000–2010 гг.

на 2000 г.

на 2010 г.

Нефть, млрд барр.

1003

1105

1383

Газ, трлн куб. м

126

154

187

Уголь, млрд т

982

984

861

0,2

-12,5

210

118

Годы разработки ресурсов исчисляются исходя из объемов текущей добычи на дату оценки. Источник: «BP Statistical Review of World Energy» за соответствующие годы, расчеты авторов. 1)

www.energy-fresh.ru

энергосбережение | 37

Энергосбережение шло его существенное (на 5,6%) расширение, которое оказалось наибольшим за последние 37 лет. В различной мере оно было отмечено практически по всем видам энергоносителей (кроме ядерного топлива) и во всех регионах мира, достигнув в общей сложности 12 млрд т н. э., перекрыв на 4% предкризисный пик 2008 года. В мировом энергобалансе нефть продолжала оставаться основным энергоисточником, составляя в нем примерно 1/3. При устойчивой доле природного газа (более 23%) соответствующий показатель для угля повысился за прошедшее десятилетие с 25,6% до 29,6% – наивысшего уровня за последние 40 лет, что привело к росту выбросов СО2 в атмосферу, а доля атомной энергии сократилась с 6,2% до 5,2%. Впервые за 60 лет ведения учета мировых источников энергии статистический ежегодник «BP» выделил в отдельную категорию возобновляемые источники энергии (энергия ветра, солнца, геотермальная энергия, биомасса, бытовые отходы), что свидетельствует о возросшей значимости этих энергоресурсов. Согласно приведенным статистическим данным, в 2000–2010 гг. выработка энергии с использованием ВИЭ выросла более чем в три раза – с 51 млн т н. э. до 159 млн, а ее доля в мировом энергобалансе увеличилась с 0,5% до 1,3%. Таким образом с учетом гидроэлектростанций суммарная доля ВИЭ приблизилась к 7,8% мирового потребления первичной энергии. В страновом разрезе лидерами по использованию ВИЭ (без учета ГЭС) яв-

Рисунок 1. Периоды добычи углеводородного сырья по состоянию на 2010 году, лет 1) 1) Рассчитаны исходя из объемов текущей добычи на дату оценки запасов. Источник: «BP Statistical Review of World Energy», расчеты авторов.

Рисунок 2. Географическое распределение мирового потребления энергии, произведенной на базе ВИЭ (без учета ГЭС), % глобального потребления «чистой» энергии Источник: «BP Statistical Review of World Energy, June 2011».

лялись такие государства, как (доля в глобальном производстве энергии на базе ВИЭ, %): США – 25, ФРГ – 12, Испания и Китай – по 8, Бразилия – 5. Структура потребления первичных энергоносителей отдельными странами разнохарактерна и определяется

как наличием природных ресурсов и транспортных возможностей, так и сложившейся спецификой внутренних потребностей. Универсальность нефти как источника энергии является общепризнанной. Данный энергоноситель естественным об-

Таблица 2. Структура мирового энергопотребления по видам энергоресурсов в 2000–2010 г.

Изменение, %

2000 г.

2005 г.

2008 г.

2009 г.

2010 г.

Среднегодовые темпы прироста в 2000–2008 гг., %

2009 г. к 2008 г.

2010 г. к 2009 г.

9,4

10,8

11,5

11,4

12,0

2,9

-1,5

5,6

Нефть

38,1

36,2

34,6

34,4

33,6

1,5

-2,2

3,1

Газ

23,2

23,7

23,4

23,8

3,2

-2,6

7,4

Уголь

25,6

27,9

29,0

29,1

29,6

4,4

-1,1

7,6

Атомная энергия

6,2

5,8

5,4

5,2

2,0

-9,6

2,0

Гидроэнергия

6,4

6,1

6,3

6,5

2,6

1,6

5,3

ВИЭ

0,5

0,8

1,1

1,2

1,3

17,1

13,1

15,4

Всего, млрд т н. э. Распределение, %

Примечание. Учитываются основные ресурсы, поступающие через коммерческие каналы. Возобновляемые источники энергии включают энергию ветра, солнца, геотермальную энергию, бытовые отходы и биомассу. Источник: «BP Statistical Review of World Energy, June 2011», расчеты авторов.

38 | ENERGY FRESH

№ 3(5) | сентябрь | 2011

ENERGY FRESH | № 3(5) | сентябрь | 2011 Таблица 3. Структура энергопотребления крупнейших стран-потребителей по видам первичных энергоресурсов в 2010 году.

Страны

Распределение (%)

Энергопотребление (млн т н. э.)

Нефть

Газ

Уголь

АЭС

ГЭС

ВИЭ

Китай

2432

0,7

0,5

США

2286

Россия

691

Менее 0,5

Индия

524

Япония

501

Германия

320

Канада

317

Республика Корея

255

0,3

Менее 0,5

Бразилия

254

Франция

252

Иран

213

Менее 0,5

Великобритания

209

Менее 0,5

Саудовская Аравия

201

Италия

172

Мексика

169

Испания

150

Индонезия

140

ЮАР

121

Менее 0,5

Австралия

118

Украина

118

Менее 0,5

Тайвань

111

Турция

111

…

Примечание. Приведены крупнейшие страны, энергопотребление которых в 2010 году превысило 100 млн т н. э. Жирным шрифтом выделены преобладающие виды потребляемого топлива. Источник: рассчитано по «BP Statistical Review of World Energy, June 2011».

разом преобладает в энергобалансе многих стран – производителей нефти (в 2010 году в Саудовской Аравии – 62%, Мексике – 52%, Индонезии – 43%, Иране – 40%). Нефтепродукты играют главную роль в транспортном секторе: в государствах с большим количеством автотранспорта (независимо от наличия собственных ресурсов) на долю производных нефти приходится 35–46% суммарного энергопотребления (Япония, Италия, США, ФРГ, Великобритания и др.). В целом большинство стран ориентируется на использование местных и региональных энергоносителей, которые и определяют приоритеты промышленного и бытового потребления. Так, в ряде государств основным видом топлива является уголь, доля которого в энергопотреблении в 2010 году составила (%): в Китае – 70, ЮАР – 73, Индии – 53, Польше – 57, Казахстане – 50, Австралии – 37.

www.energy-fresh.ru

В отдельных странах, обеспеченных гидроресурсами, энергия воды является значительным или даже основным источником энергии. Например, в Норвегии доля ГЭС в суммарном производстве первичной энергии достигла 64%, в Бразилии – 35%, Швеции – 30%, Швейцарии – 28%, Канаде – 26%. В 2010 году уровень обеспечения природным газом оставался высоким в странах, производящих этот энергоноситель, таких как (доля в энергобалансе, %): Туркмения – 78, Алжир – 63, Азербайджан – 59, Иран – 58, Россия – 54, Аргентина – 51, Великобритания – 35, США – 27. Показательно, что страны Ближнего и Среднего Востока были обеспечены нефтью на 51%, а природным газом – на 47%. Велико значение природного газа (включая СПГ) в энергопотреблении и ряда государств, снабжаемых из внешних источников, таких как Бело-

руссия – 73, Украина – 40, Венгрия – 42, Италия – 40, Германия – 23. Отдельные страны, располагая весьма ограниченными местными энергетическим ресурсами, полагаются на атомную энергию. В 2010 году в энергобалансе Франции на ее долю приходилось 38%, Швеции – 26, Финляндии – 18, Швейцарии – 21, Украины – 17, Бельгии – 16, Республики Корея и Японии – по 13, ФРГ – 10. Мировое производство электроэнергии на АЭС достигло максимального значения в 2006 году (635 млн т н. э.) и с тех пор постепенно снижается (в 2010 году этот показатель был на 1,5% ниже, чем в 2006 году). Говоря о формах потребления энергии, нужно отметить, что значительная часть энергоресурсов (для передвижения, освещения, обогрева, охлаждения и др.) потребляется в виде электроэнергии, основная часть которой вырабатывается угольными

энергосбережение | 39

Энергосбережение Таблица 4. Динамика объемов избытка топлива в основных нетто-экспортирующих странах и его нехватки в основных нетто-импортирующих странах в 2000–2010 гг.

Избыток производства над потреблением (млн т н. э.) 2000 г.

Доля производства, остающаяся для внешнего рынка (%) 2005 г.

2009 г. 2010 г.

2000 г.

2005 г. 2009 г. 2010 г.

Основные страны – нетто-экспортеры Россия

362

547

534

570

Саудовская Аравия Австралия

383

439

348

342

127

150

172

191

Норвегия

191

200

188

180

Индонезия

143

174

Катар

114

144

Канада

118

127

131

Иран

125

126

115

118

Алжир

116

133

109

Кувейт

113

104

103

Нехватка производства относительно потребления (млн т н. э.) 2000 г.

Доля потребления, обеспеченного за счет импорта (%) 2005 г.

2009 г. 2010 г.

2000 г.

2005 г. 2009 г. 2010 г.

Основные страны – нетто-импортеры США

635

721

517

548

Япония

417

436

385

410

Республика Корея

161

185

201

219

ФРГ

215

200

212

Индия

113

166

188

Китай

107

150

Италия

147

159

141

143

Франция

142

146

135

137

Испания

124

114

111

Тайвань

Примечание. В таблице указаны расчетные объемы избытков и недостатков, а также доли внешних поставок в отношении топливного производства и потребления указанных стран. Источник: рассчитано по: «BP Statistical Review of World Energy, June 2011».

электростанциями (примерно 39% глобального производства электроэнергии), при этом на долю крупных ГЭС приходится около 19%, АЭС – 16%, газовые электростанции – 15%, электростанции, использующие нефтепродукты, – примерно 10%.1 Во многих странах мира по мере экономического роста наблюдается усиление зависимости от внешних поставок при сохраняющейся ограниченности их внутренних энергоресурсов. Так, с 2000 по 2010 год возросло значение импорта топлива для Германии (с 65% до 66%), Китая (с 3% до 6%), Индии (с 26% до 36%). Характерна также весьма высокая зависимость

40 | ENERGY FRESH

от ввоза ископаемых энергоресурсов (около 80–90%) таких государств, как Япония, Республика Корея, Тайвань, Италия (Таблица 4). Несколько меньше зависит от внешних поставок Франция (55%), опирающаяся на атомную энергетику. Параметры национальных энергетических балансов Сальдо энергетических балансов основных участников рынка топлива (в абсолютных и относительных величинах) показывает в динамике связь отдельных с государств с внешними

рынками, что во многом определяет их энергетическую и внешнеторговую политику. Не менее показательна структура баланса по видам топлива, выявляющая энергетическую «специализацию» каждого государства, размеры его «избытков» и «дефицитов» по каждому виду топлива. Обращает на себя внимание, в частности, полное отсутствие собственных ресурсов нефти и газа в таких промышленно развитых странах, как Япония, Франция и Испания, а также Республике Корея и на Тайване; крупнейшая 1

«Oil and Gas Technology», Spring, 2011, p. 56.

№ 3(5) | сентябрь | 2011

ENERGY FRESH | № 3(5) | сентябрь | 2011 Таблица 5. Структура энергетических балансов в основных странах – нетто-экспортерах и нетто-импортерах энергоресурсов в 2010 году.

Всего в мире

Нефть

Газ

Уголь

АЭС

ГЭС

ВИЭ

Всего

Производство

3914

2881

3731

626

775

159

12086

Потребление

4028

2858

3556

626

775

159

12002

Нетто-экспортеры Россия Производство

505

530

149

0,1

1261

Потребление

147

373

0,1

691

Баланс

358

157

570

Саудовская Аравия Производство

468

543

Потребление

126

201

Баланс

342

Производство

235

309

Потребление

118

Баланс

-19

192

191

0,3

222

Австралия

Норвегия Производство

Потребление

0,5

0,3

Баланс

-0,5

180

188

315

Индонезия Производство

Потребление

140

Баланс

-12

149

175

Катар Производство

105

170

Потребление

Баланс

144

Производство

163

144

448

Потребление

102

316

Баланс

132

Канада

Иран Производство

203

125

0,1

330

Потребление

123

0,1

212

Баланс

117

-1

118

150

Алжир Производство

Потребление

0,3

Баланс

-0,3

109

Кувейт Производство

123

133

Потребление

Баланс

105

-3

102

192

1738

Нетто-импортеры США Производство

339

www.energy-fresh.ru

557

552

ветроэнергетика | 41

Энергосбережение Потребление

850

621

525

192

2286

Баланс

-511

-64

-548

Производство

…

0,5

Потребление

202

124

501

Баланс

-202

-85

-123

-410

0,5

Япония

Республика Корея Производство

…

Потребление

106

0,5

255

Баланс

-106

-39

-75

-219

ФРГ Производство

…

108

Потребление

115

319

Баланс

-115

-63

-33

-211

Индия Производство

216

336

Потребление

156

277

524

Баланс

-117

-10

-61

-188

Производство

203

1800

163

2282

Потребление

429

1713

163

2432

Баланс

-226

-11

187

-150

…

Китай

Италия Производство

Потребление

…

172

Баланс

-68

-61

-14

-143

Испания Производство

…

Потребление

150

Баланс

-75

-31

-5

-111

Франция Производство

114

Потребление

252

Баланс

-83

-42

-12

-138

Производство

…

Потребление

110

Баланс

-46

-13

-40

-99

Тайвань

Источник: рассчитано по «BP Statistical Review of World Energy, June 2011».

экономика ЕС – Германия – обеспечена собственными ресурсами лишь на 1/3 (Таблица 5). Ведущие потребители и продуценты В мире по масштабам производства и потребления энергоресурсов выделяются три крупнейшие энергетические державы – США, Китай и Россия.

42 | ENERGY FRESH

США являются масштабным и относительно стабильным потребителем и производителем энергоресурсов, а также самым крупным неттоимпортером топлива (более 500 млн т н. э. в год). В последние десятилетия страна активно развивала технологии добычи нетрадиционного газа (включая сланцевый газ, метан угольных пластов, «тяжелый» газ скальных по-

род), и в 2010 году его внутреннее производство выросло на 25 млн т н. э. по сравнению с аналогичным показателем 2009 года. Следует отметить, что в 2010 году нетрадиционный газ составил 12% мировой добычи газа, причем его основные объемы были произведены США.2 2

«Upstream», June 17, 2011, p. 24

№ 3(5) | сентябрь | 2011

ENERGY FRESH | № 3(5) | сентябрь | 2011

Народное хозяйство Китая, развивающееся в последние несколько лет более высокими темпами, чем другие экономики мира (прирост ВВП в 2008, 2009, 2010 гг. составил соответственно 9,6%, 9,2%, 10,3%), за минувшие 10 лет увеличило в 2,3 раза потребление и производство энергоресурсов. В 2007 году КНР обошла США по производству энергоносителей, а в 2010 году – по их потреблению, выйдя в мировые лидеры по этим показателям. При этом Китай оставался нетто-импортером энергоресурсов (в 2010 году – 150 млн т н. э.), оказывая стимулирующее воздействие на мировой рынок. Кроме того, КНР, ставшая полтора десятилетия назад нетто-импортером нефти, с 2009 года стала ввозить ее в количествах, превышающих внутреннюю добычу. Для обеспечения стабильности поставок, помимо коммерческих хранилищ нефти вместимостью 40 млн т, в 2004–2009 гг. в стране было введено в эксплуатацию 4 хранилища общей вместимостью 13,7 млн т. Для обеспечения топливом транспортного сектора только в 2009 году было введено в эксплуатацию 5 новых НПЗ суммарной мощностью первичной переработки нефти в 45 млн. т. Это явилось следствием развития автомобильной промышленности страны. Так, в 2005 году в КНР число легковых автомобилей составило 20 млн., а в 2010 году этот показатель увеличился в три раза – до 60 млн. В 2011 году ожидается продажа еще 19,5 млн единиц автомобильной техники.3 В Китае быстрыми темпами осуществляется «газификация» экономики. За первые 5 месяцев 2011 года внутренняя добыча газа выросла на 6,7% (до 43 млрд куб. м), а его импорт удвоился (до 11 млрд куб. м) по сравнению с аналогичными показателями 2010 года.4 Что касается долгосрочных контрактов на поставку российского газа, то китайская сторона пока занимает жесткую позицию (вплоть до намерения в марте 2011 года в одностороннем порядке пересмотреть цены по фактическим отгрузкам).5 Китай активно развивает возобновляемую энергетику и в 2010 г. по такому «Независимая газета», 6 июня. 2011 г. «Upstream», June 17, 2011, p. 24. 5 «Независимая газета», 6 июня. 2011 г. 6 БИКИ, 7 июня, 2011 г., с. 11. 7 «Top NefteGas», №3/4, 2011, рр. 34, 35. 8 БИКИ, 12 мая 2011 г. 3 4

www.energy-fresh.ru

показателю, как ввод в эксплуатацию новых мощностей ветроэнергетического оборудования, он вышел в мировые лидеры, обогнав ЕС и США. 6 Государства Евросоюза, проводящие согласованную энергетическую политику, по суммарному объему потребления топлива (в 2010 году – 670 млн т н. э.) вполне сопоставимы со странами – лидерами потребления (в 2010 году – 970 млн т н. э.). Тем не менее ситуация в ЕС неоднородна. Так, Норвегия традиционно является нетто-экспортером энергоресурсов (180–190 млн т н. э.), а ФРГ, Франция, Италия и Испания испытывают нехватку энергоресурсов в размере 140–210 млн т н. э. в год. Характерно, что в 2000–2010 гг. усилия по повышению энергоэффективности экономик государств – членов ЕС сохранили суммарный дефицит Евросоюза в размере примерно 600 млн т н. э. Для смягчения нехватки энергоресурсов страны ЕС активно развивают возобновляемую энергетику и добычу альтернативных источников энергии (сланцевого и других видов газа). Россия (третий в мире производитель и потребитель энергоресурсов), экспортируя энергоносители и наращивая их поставки с конца 90-х годов, за последнее десятилетие увеличила совокупный экспорт всех видов топлива примерно до 550 млн т н. э. В 2009 году страна обогнала по добыче нефти традиционного мирового лидера – Саудовскую Аравию (в определенной мере сдерживаемую ограничениями ОПЕК), а в 2010 году закрепила мировое первенство в нефтедобыче, произведя рекордные 505,1 млн т, из них 250,4 мл. было экспортировано. В 2010 году добыча газа составила 530 млн т н. э. (21,2% мирового производства), при этом данный показатель был близок к максимальным значениям, полученным в 2006–2008 гг. Говоря о добыче углеводородов в России, следует подчеркнуть, что, по мнению ведущих отечественных специалистов, в настоящее время заканчиваются запасы нефти на глубине до 3 км, поэтому в будущем придется бурить еще глубже – на 5–7 км, и это потребует применения более совершенных технологий и оборудования, а также повышения уровня подготовки соответствующих специалистов. Тем не менее в настоящее время в отечественной

геологоразведке и нефтепереработке не происходит должной технологической модернизации, адекватной возможностям и потребностям страны.7 В 2010 году была проведена объемная работа по консолидации нефтегазовой отрасли России. На Северном Каспии было введено в промышленную разработку шельфовое месторождение им. Корчагина, начата промышленная эксплуатация 1-й очереди Нижнекамского НПЗ мощностью 7 млн т нефти в год. В рамках реализации проекта ВСТО был введен в эксплуатацию магистральный нефтепровод Сковородино – Мохэ мощностью 15 млн т нефти в год и продолжено строительство второй очереди ВСТО. К концу 2011 года намечено завершение строительства нефтепровода «Балтийская трубопроводная система – 2» пропускной способностью 30 млн т в год с возможностью увеличения данного показателя до 50 млн. Продолжает рассматриваться вопрос создания транспортного коридора «Бургас – Александруполис» проектной мощностью 35 млн т нефти, что позволит снизить транзитные риски при экспорте нефти в Европу. В 2010 году началась укладка морского участка газопровода «Северный поток», поставки по которому могут начаться в конце 2011 года. Успешно ведутся геологоразведочное и эксплуатационное бурение в Охотском море. Весной текущего года в рамках проекта «Сахалин-1» был установлен мировой рекорд наклонного бурения, при этом протяженность скважины составила 12 345 м, кроме того на проектную мощность вышел завод по производству СПГ проекта «Cахалин-2».8 Экспорт сырья по-прежнему является одним из основных источников наполнения российского бюджета (в 2010 году поступления от вывоза нефти и газа составили 4,1 трлн руб., или около 50% его доходной части). Перераспределение энергоресурсов через международную торговлю При сохраняющейся во многих странах ограниченности энергоресурсов по мере роста ВВП и увеличения численности населения происходит усиление зависимости экономик от внешних поставок (если не удается в должной

энергосбережение | 43

Энергосбережение (в 2001 году на вывоз была направлена меньшая часть – примерно 23%, из них только четверть – в сжиженном виде). Крупнейшим экспортером газа по трубопроводам была Россия (28% мировой торговли газом, экспорт в 30 европейских стран), за которой следовали Норвегия и Канада (по 14%), а также Нидерланды (8%). Что касается поставщиков СПГ, то здесь выделялись Катар (25% мировых поставок), Малайзия и Индия (по 10%), Австралия, Алжир и Тринидад и Тобаго. Основными покупателелями СПГ (более 31% закупок) оставались Япония, а также Республика Корея (15%), Испания и Великобритания (по 6%). Динамика цен В 2010 году ценовая ситуация на рынке энергоносителей развивалась противоречиво под влиянием как общерыночных соотношений спроса и предложения, так и социально-политических событий, природных аномалий, региональной специфики, а с середины 2011 года и обострения международной финансовой ситуации в связи с угрожающим ростом внешнего долга США и некоторых государств еврозоны. Природные катастрофы, политические потрясения в ряде стран Ближнего и

Рисунок 3. Динамика производства и потребления первичных энергоресурсов в США, Китае, России и странах ЕС, млн т н. э. Источник: рассчитано по «BP Statistical Review of World Energy, June 2011».

мере снизить энергоемкость производства). Высок уровень зависимости от внешнего снабжения в таких промышленно развитых странах, как Япония, Франция, Испания, а также в Республике Корея и на Тайване. В 2009–2010 гг. объемы фактической торговли основными энергоресурсами заметно выросли.

В 2010 году примерно 60% нефтяной продукции поступило в каналы межрегиональной торговли (в 2002 – 58,4%), причем из них 29,6% составили нефтепродукты (в 2002 году – 23,3%). В 2010 г. в каналы международной торговли поступило 30,5% добытого газа, их них примерно 70% было поставлено по трубопроводам и 30% – в виде СПГ

Таблица 6. Межрегиональные поставки нефти и нефтепродуктов в 2002 и 2010 гг.

2002 г. (млн т н. э.) Экспорт

2010 г.

Нефть

Нефтепродукты

Всего

Нефть

Нефтепродукты

Всего

1667

486

2153

1876

768

2644

США

102

103

Канада

128

Мексика

…

Южн. и Центр. Америка

103

146

131

176

Европа

109

Страны бывшего СССР

188

264

318

103

421

Ближний Восток

787

108

895

829

107

936

Северная Африка

129

113

142

Западная Африка

152

156

221

229

Вост. и Южн. Африка

…

Австралия и Азия

Китай

Индия

…

Япония

…

Сингапур

…

Прочие страны АТР

102

120

Источник: составлено по «BP Statistical Review of World Energy, June 2011», p. 19.

44 | ENERGY FRESH

№ 3(5) | сентябрь | 2011

ENERGY FRESH | № 3(5) | сентябрь | 2011

www.energy-fresh.ru

энергосбережение | 45

Энергосбережение Таблица 7. Цены на основные виды топлива в 2003 г. – I полугодии 2011 г.

2003 г.

2004 г.

2005 г.

2006 г.

2007 г.

2008 г.

2009 г.

2010 г.

I полугодие 2011 г.

Июль 2011 г.

Нефть средневзвешенная (APSP) 1) (долл./барр.)

28,9

37,7

53,4

64,3

71,1

97,0

61,8

79,0

104,9

107,9

Природный газ, средняя импортная цена, Европа, франко-граница (долл./млн БТЕ)

3,9

4,3

6,3

8,5

8,6

13,4

8,7

8,3

9,9

11,0

Уголь, фоб Ньюкасл, Австралия (долл./т)

27,8

53,0

47,3

52,6

70,4

127,1

71,8

99,0

124,7

120,0

Урановый концентрат U3O8 (долл./фунт) 2)

11,2

18,0

27,9

47,7

99,2

64,2

46,7

46,0

60,3

52,8

На базе средних ежедневных котировок: Брент, Дубай и западнотехасской средней – в равных долях. По разовым сделкам американской компании «Nuexco». Источник: «World Bank», Washington D.C., Development Prospect Group (Release) за соответствующие временные периоды (по: July, 2011).

Среднего Востока, рост спроса на энергоносители в крупных экономиках третьего мира обусловили повышенную нестабильность цен на нефть, имевших в целом повышательную тенденцию. В то же время расширение добычи сланцевого газа в США и другие факторы временно удерживали региональные цены на газ от резкого увеличения. В условиях растущего спроса на уголь (в первую очередь со стороны Китая и Индии) цены на это топливо начиная с 2009 года, резко повысились. При умеренных ценах на уран в 2009 – 2010 гг. Китай начал активную закупку ядерного сырья впрок, что отразилось на динамике цен. Сопоставление стоимостей тепловых единиц в основных видах топлива показало, что в 2010 году ценовое превышение нефти над природным газом достигло рекордных значений – 68%; тепловая единица в СПГ была на 36% дороже, чем в традиционном газе. Необходимость повышения технической безопасности энергетических объектов В последние несколько лет природные и техногенные катастрофы не обходили стороной энергетическую сферу. Вслед за серьезной аварией на одной из крупнейших в мире СаяноШушенской ГЭС в Мексиканском заливе в апреле 2010 года произошла 9

«BP Annual Report and Form 20-F», 2010 «Разведка и добыча», июнь 2011, сс. 38, 39.

46 | ENERGY FRESH

трагическая катастрофа на добывающей платформе «Deepwater Horizon», повлекшая за собой не только гибель людей, но и продолжительную утечку нефти. На устранение последствий аварии потребовалось три месяца, усилия сотен людей, применение десятков судов и привлечение значительных материальных средств. Огромный ущерб был нанесен экономике региона. Оператор платформы – компания «British Petroleum» признала расходы на ликвидацию аварии и компенсации ущерба в размере 40,9 млрд долл.9

Указанное событие побудило транснациональные нефтегазовые корпорации организовать в мае текущего года в Ставангере встречу, по результатам которой было принято решение о начале работ по созданию устройств, предназначенных для экстренной остановки и герметизации подводных скважин.10 Одним из способов снижения рисков, связанных с бурением скважин на континентальном шельфе, является использование подводных комплексов добычи (ПКД), устанавливаемых на морском дне и не требующих стацио-

Рисунок 4. Амплитуда колебаний среднемесячных цен на нефть – средневзвешенной (APSP) в 2008 г. – январе – июне 2011 г., долл./барр. Источник: World Bank, Washington D.C., Development Prospect Group (Release), July, 11, 2011.

№ 3(5) | сентябрь | 2011

ENERGY FRESH | № 3(5) | сентябрь | 2011 Таблица 8. Цена Британской тепловой единицы в нефти и газе

долл./млн БТЕ

Нефть 1)

Газ 2)

СПГ 3)

2000 г.

4,83

2,89

4,72

2001 г.

4,08

3,66

4,64

2002 г.

4,17

3,23

4,27

2003 г.

4,89

4,06

4,77

2004 г.

6,27

4,32

5,18

2005 г.

8,74

5,88

6,05

2006 г.

10,66

7,85

7,14

2007 г.

11,95

8,03

7,73

2008 г.

16,76

11,56

12,55

2009 г.

10,41

8,52

9,06

2010 г.

13,47

8,01

10,91

Средняя цена нефти, сиф, страны ОЭСР. Средняя германская цена природного газа, сиф. 3) Средняя цена СПГ, сиф, Япония. Примечание. Выделены наиболее высокие удельные цены. Источник: «BP Statistical Review of World Energy, June 2011», p. 27. 1)

нарных или подвижных морских платформ. В 2010 году число завершенных и находящихся в процессе реализации проектов с применением ПКД превысило 300, из них 70 – на континентальном шельфе Великобритании. Эти проекты потребовали 1,3 тыс. комплексов скважинного оборудования, 110 централизующих манифольдов и 12 тыс. км подводных трубопроводов. По сравнению со стационарными и плавучими платформами ПКД позволяют сэкономить до 40% капиталовложений и до 50% операционных затрат. Согласно мнению британских экспертов, одновременно на 20% увеличивается коэффициент извлечения сырья и сокращаются сроки освоения месторождений. Россия также приступает к

использованию подобных технологий. В арктических условиях ПКД являются одним из оптимальных способов разработки ресурсов шельфа. Так, для освоения Штокмановского месторождения, удаленного от береговой линии более чем на 600 км, предполагается использовать ПКД, соединенный трубопроводом с плавучим комплексом добычи, однако в случае необходимости система будет иметь возможность разъединиться. В марте 2011 года в Японии произошло сильнейшее за всю историю страны землетрясение магнитудой 9 баллов, вызвавшее цунами высотой около 14 метров; погибло более 14 тыс. человек. По предварительной оценке ущерб превысил 200 млрд долл. Оста-

Рисунок 5. Цена тепловой единицы в нефти и газе в 2000–2010 гг., долл./1 млн БТЕ

www.energy-fresh.ru

новили работу более 30% НПЗ, причем половина из них потребует серьезных восстановительных работ. Пострадали также 6 крупных угольных электростанций суммарной мощностью около 8 ГВт и одна газовая (1 ГВт), однако наиболее разрушительные события произошли в атомной отрасли, которая обеспечивала примерно 13% энергетических потребностей страны (было повреждено 6 реакторов). На АЭС «Фукусима-1» (4,7 ГВт) цунами высотой около 14 м вывело из строя резервные генераторы, что нарушило аварийную систему охлаждения реакторов. Из-за перегрева и расплавления стержней последовали взрывы в 1, 2 и 3-м реакторах и пожар в хранилище радиоактивных отходов. Это привело к выбросу радиоактивных веществ в атмосферу и сбросу радиоактивной воды в море. В результате территория в радиусе 20 км была объявлена зоной отчуждения, а население эвакуировано. Было принято решение о выведении этой АЭС из эксплуатации. Кроме того, были зафиксированы повреждения на АЭС «Фукусима-2» (4,4 ГВт), «Онагава» (2,1 ГВт) и «Токай-2» (1,1 ГВт). О сложности положения свидетельствовало выступление императора Японии Акихито, голос которого страна услышала всего третий раз за всю многолетнюю историю его правления. В середине июня 2011 года в Японии эксплуатировалось 19 из 54 имеющихся атомных реакторов (т. е. 34%), а остальные были остановлены для проверки. В связи с протестами местных органов власти многие атомные станции могут быть выведены из эксплуатации, и в этом случае стране придется дополнительно расходовать около 40 млрд долл. в год на закупку углеводородов для тепловых электростанций. Пока что весь объем газа (в виде СПГ), необходимый для компенсации снижения выработки электроэнергии на японских АЭС, в страну поставляет Катар.11 Японская катастрофа побудила многие страны по-новому взглянуть на перспективы атомной энергетики. Так, канцлер ФРГ А. Меркель распорядилась временно остановить 7 АЭС, введенных в эксплуатацию до 1980 года, и назначить проверку остальных АЭС. Китай объявил о пересмотре планов разви11

«Независимая газета», 10–11 июня 2011 г., с.4.

энергосбережение | 47

Энергосбережение тия атомной энергетики. Аналогичные решения были приняты в Швейцарии, Таиланде, Венесуэле. Аварии в США и Японии несомненно вызовут ужесточение технологических и экологических требований к проектам во всех секторах энергетики.12 Развитие возобновляемых источников энергии Обострение энергетических проблем стимулирует мировое сообщество к активному развитию сферы ВИЭ. Помимо основного возобновляемого ресурса – энергии воды (ГЭС) – на современном этапе научно-технического и экономического развития все более широкое применение получают биомасса и энергия ветра. К основному преимуществу биомассы относится универсальность, т. е. возможность использовать данный энергоресурс для производства различных видов энергии (тепловой, электрической), а также жидкого (этанол, биодизельное топливо) и газообразного топлива (биогаз). В мире за последнее десятилетие суммарная установленная мощность ветроэнергетического оборудования увеличилась примерно в 10 раз. К странам, обладающим наиболее развитой ветроэнергетикой, относятся США, ФРГ, КНР и Испания. Широкое распространение получила практика создания крупных ветропарков на суше и морском шельфе, состоящих из мощных ветрогенераторов с диаметром ветроколеса до 150 м. Одной из современных тенденций и рациональных форм, позволяющих использовать энергию ветра децентрализованно, является использование ветровых турбин малой мощности (100–500 кВт) для локального производства электроэнергии (в частных домовладениях, на фермах, малых и средних предприятиях и др.). По данным Ассоциации ветроэнергетики США, около 250 компаний из 26 стран включились в производство подобных ветрогенераторов. В 2009–2010 гг. в США число таких предприятия выросло с 66 до 95. 12 Т. Митрова, В. Кулагин, «Японский урок», «ТЭК Стратегии развития», №2, 2011, с. 26–30 13 БИКИ, 28 мая, 2011 г., с. 5, 10, 11, 16 14 «МIОGЕ Daily», №№ 1–3, 21–23 June 2011.

48 | ENERGY FRESH

По мнению европейских экспертов, страны ЕС обладают значительным потенциалом ветровой энергии, около 40% которого приходится на Великобританию, где период окупаемости объектов малой ветроэнергетики составляет всего 3–5 лет. С учетом специальных тарифов, стимулирующих производство и поставку «чистой» электроэнергии в общую силовую сеть, доход от подобной турбины может достигать 14 тыс. ф. ст. в год; в настоящее время ветропарк Великобритании насчитывает более 3,5 тыс. ветротурбин, расположенных на суше и морском шельфе. 13 *** Энергетика является одной из важнейших сфер жизненной деятельности человечества, которая становится все более уязвимой ввиду нарастающих проблем технологического, экономического, социального и природного характера. И для противостояния этим, порой непредсказуемым, вызовам необходимо развивать широкое международное сотрудничество и взаимопонимание на различных уровнях. Одним из форумов такого взаимодействия явился традиционный – уже девятый – Российский нефтегазовый конгресс, состоявшийся в Москве в июне текущего года с участием авторитетных зарубежных представителей официальных структур и бизнеса. Как отметил министр энергетики России С.И. Шматко, на нем обсуждались модернизационные проблемы отрасли, ценообразование и налогообложение, биржевая торговля, технологические особенности добычи, транспортировки и переработки нефти и газа, освоение континентального шельфа. Ответственные лица министерства подчеркивали, что в числе приоритетов отрасли – глубокая переработка нефти (за последние 5 лет ее уровень не повысился и балансируется на отметке 70%). Указывалось на необходимость ликвидации в стране дефицита светлых нефтепродуктов. Отмечалось также, что созданная три года назад Межрегиональная биржа нефтегазового комплекса, хотя и консолидировала 15% топливной торговли России, пока что не начала в полной мере выполнять свою регулирующую функцию. На конгрессе ставились вопросы «интел-

лектуализации» отрасли – сочетания кадров, науки и инноваций. Председатель Нефтегазового союза России Г.И. Шмаль обратил внимание на ряд узких мест отрасли, в частности, на невысокое качество разрабатываемых запасов и на низкий коэффициент нефтеизвлечения – 0,29–0,30, тогда как в США – 0,4. Он призвал к активному поиску и применению новых технологий, сославшись на то, что из многочисленных методов извлечения углеводородов мы используем лишь 10%. Посол ЕС в России Ф. Валенсуэла высказался за расширение энергетического диалога между ЕС и Россией и создание для него юридических рамок. Он сослался на некоторую закрытость российского газового рынка, реформирование которого, по его мнению, могло бы повысить его потенциал. Зарубежные участники конгресса выразили также серьезную озабоченность неблагоприятным воздействием некоторых производств в ряде стран на окружающую среду.14 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. «BP Statistical Review of World Energy, June 2011». 2. Олейнов А.Г., Топливно-энергетический комплекс мира. Учебное пособие. (МГИМО-ВР). – М.: Навона, 2008. – 472 с. 3. Российская экономика: пути повышения конкурентоспособности. Коллективная монография. Под общ. ред. проф. А.В. Холопова. (МГИМО-ВР). М.: Журналист, 2009. – 690 с. См.: – Иванов А.С. Современные тенденции на мировом энергетическом рынке и повышение эффективности российского экспорта энергоресурсов, с. 476–481. – Матвеев И.Е. Конкурентоспособность на рынке энергоресурсов и использование альтернативных источников энергии, с. 482–491. 4. Тетельмин В.В., Язев В.А. Геоэкология углеводородов – Учебное пособие – Долгопрудный, Интеллект, 2009. – 304 с. 5. Энергетические измерения международных отношений и безопасности в Восточной Азии/ Под ред. А.В. Торкунова, – М.: МГИМО, 2007, с. 759.

№ 3(5) | сентябрь | 2011

ENERGY FRESH | № 3(5) | сентябрь | 2011

www.energy-fresh.ru

энергосбережение | 49

Энергосбережение

Тепловые насосы – технология настоящего

Современные тепловые насосы экономят энергию и снижают выбросы вредных веществ Тепло – это одна из основных потребностей человека. В наше время для систем отопления важна не только экономичность, но и экологическая безопасность. То, что эти два фактора можно успешно сочетать, доказывает разработка технологии тепловых насосов. Тепловые насосы используют энергию, постоянно присутствующую в воздухе, воде и верхних слоях земли, и преобразуют ее в полезное тепло для отопления. Преимуществом в данном способе получения полезного тепла является то, что мы используем неограниченные ресурсы, не нанося вреда окружающей среде.

астройка теплового насоса производится в зависимости от температуры наружного воздуха. Задача настройки насоса состоит в обеспечении заданной температуры. Результатом является очень высокий показатель отношения полученного тепла для отопления к затраченной энергии. В числовом выражении это означает: при расходовании 1 кВт.ч электрической энергии получаем до 5 кВт.ч полезной энергии из воздуха, грунтовых вод или из грунта собственного земельного участка. Несмотря на компактную конструкцию прибор не занимает много места и отличается простотой монтажа. Благодаря минимальным расходам на монтаж наиболее простым в установке тепловым насосом является насос типа «воздухвода». Устанавливаемый в доме или на открытом воздухе насос позволяет отбирать полезное тепло для отопления дома из окружающего воздуха при температуре до –20°. В будущем при решении вопроса о приобретении отопительной системы все большее значение будет иметь экологическая безопасность прибора. Тепловые насосы уже сегодня воплощают в жизнь основную идею экономичного и безопасного для окружающей среды отопления квартир и домов.

50 | ENERGY FRESH

Применение тепловых насосов в качестве климатической инженерной системы является новой для российского потребителя возможностью отопления и кондиционирования. Тем не менее в самой технологии нет ничего инновационного, тепловые насосы уже на протяжении 40 лет используются в Европе для отопления помещений. А сам принцип действия теплового насоса был предложен еще в XVIII веке лордом Кельвином. На сегодняшний день тепловой насос является одной из самых распространенных отопительных систем в Германии, Франции, Австрии, Швейцарии. А в скандинавских странах тепловые насосы применяются в 90 процентах случаев создания отопительных и охлаждающих систем. Компания Stiebel Eltron International Gmbh. открыла собственное производство тепловых насосов в 1976 году. За последние 30 лет компания вложила огромное количество времени и труда в разработку еще более эффективных тепловых насосов. На данный момент Stiebel Eltron является одним из лидеров среди мировых производителей теплонасосных систем и безоговорочным лидером немецкого рынка. Поэтому сегодня мы можем предложить надежную инновационную тех-

нику, обеспечивающую максимальный комфорт при эксплуатации. Программа тепловых насосов предоставляет удобные и экономичные решения почти для всех случаев потребности в области отопительной техники. Помимо отопления и производства горячей воды, тепловой насос может полностью заменить систему кондиционирования. Тот же источник энергии, что используется для отопления зимой, может служить летом для охлаждения помещений. Таким образом в доме устанавливается единая климатическая система, поддерживающая комфортные условия для проживания круглый год. Принцип действия тепловых насосов Для обеспечения функционирования теплового насоса основное значение имеет хладагент, в дальнейшем именуемый рабочей средой. Ему свойственно испаряться при очень низких температурах. При подаче наружного воздуха, воды или теплоносителя на теплообменник (испаритель) циркулирующая в нем рабочая среда забирает от источника тепла необходимую теплоту для испарения и переходит из жидкого в газообразное состояние. При этом источник тепла охлаждается на несколько градусов. Газообразная

№ 3(5) | сентябрь | 2011

ENERGY FRESH | № 3(5) | сентябрь | 2011

рабочая среда поступает в компрессор, который производит сжатие среды и тем самым повышает давление. За счет увеличения давления происходит повышение температуры – таким образом, рабочая среда «подкачивается» до более высокого температурного уровня. Система требует электроэнергия на привод компрессора. Поскольку в современных тепловых насосах используются scroll-компрессоры с охлаждением при помощи всасываемого газа, эта энергия (в виде тепла мотора) не утрачивается, а направляется со сжатой рабочей средой в расположенный за компрессором второй теплообменник (конденсатор). Здесь рабочая среда отдает полученное ранее тепло в циркуляционный контур системы водяного отопления, при этом охлаждаясь и совершая обратный фазовый переход, возвращаясь в жидкое состояние. Затем с помощью расширительного клапана производится снижение имеющегося остаточного давления, и цикл начинается заново. коэффициент эффективности теплового насоса Коэффициент мощности WP равен отношению мощности нагрева QWP и электрической потребляемой мощности PWP в соответствии с уравнением: WP

QWP PWP

Он наглядно показывает, во сколько раз полезное тепло превышает затраченную энергию. Коэффициент мощности зависит от температуры источника тепла и от температуры потребителя тепловой энергии. Чем выше температура источника тепла и чем ниже температура потребителя тепловой энергии, тем выше коэффициент мощности. Как мгновенное значение он всегда соотносится с определенным режимом работы, то есть с установившимися температурными режимами установки. Кондиционирование тепловым насосом Одним из главных преимуществ теплового насоса является то, что его можно использовать не только для отопления и нагрева горячей воды, но и для охлаждения помещений в теплое

www.energy-fresh.ru

Рисунок 1. Принцип действия тепловых насосов.

время года. Особенно это касается так называемого «пассивного» охлаждения, при котором летом используются относительно холодные источники тепла (грунт или грунтовые воды) для охлаждения гидравлической системы в здании (фанкойлов или теплого пола), таким образом температура в помещении снижается. При проектировании теплового насоса следует обратить внимание на то, есть ли у него такая опция и поддерживает ли данный режим панель управления. Любые модели тепловых насосов Stiebel Eltron типа «солевой раствор – вода» можно использовать для охлаждения, но для некоторых приборов потребуется организация дополнительной гидравлической развязки. Управление тепловыми насосами на расстоянии Стандартное устройство управления тепловыми насосами Stiebel Eltron WPMW имеет встроенную функцию дистанционной передачи данных для диагностики и управления теплонасосной установкой. Для реализации данной возможности необходимо смонтировать модуль дистанционной передачи данных DCO aktiv GSM. Возможна передача данных через GSM или аналоговый модемы. Параметры работы теплонасосной установки (и отслеживание неисправностей) задаются с помощью телекоммуникационного программного обеспечения ComSoft GSM. В случае появления неисправности или сбоя в функционировании теплового насоса система автоматически отправ-

ляет SMS-сообщение. Данная функция удобна как конечному заказчику, так и представителям сервисной службы, особенно в тех случаях, когда объект находится на большом удалении или не является местом постоянного проживания. Различные типы тепловых насосов • Источник тепла – воздух. Нагреваемый солнцем воздух есть везде. Тепловые насосы способны отбирать достаточно энергии из наружного воздуха даже при температуре –20 °C. Однако в качестве источника тепла воздух обладает тем недостатком, что он максимально холодный именно тогда, когда требуется максимум тепла для отопления. Хотя и удается отбирать тепло у воздуха при -20 °C, но коэффициент мощности теплового насоса все же снижается вместе с температурой наружного воздуха.

энергосбережение | 51

Энергосбережение

Поэтому часто используется комбинация со вторым генератором тепла, который поддерживает работу теплового насоса в короткий крайне холодный период года. Особым преимуществом теплового насоса типа «воздух-вода» является простота монтажа, поскольку отсутствует необходимость в объемных земляных работах или в бурении скважин. В первую очередь применение такого типа тепловых насосов имеет смысл в южных регионах России. Но и в центральной полосе, и в северных широтах использование воздушных тепловых насосов ведет к уменьшению эксплуатационных расходов на отопление и производство горячей

воды. При этом в наиболее холодные дни будет использоваться второй теплогенератор (например, встроенный электрический ТЭН). • Источник тепла – вода. Грунтовые воды являются хорошим аккумулятором для тепловой энергии. Даже в самые холодные зимние дни они имеют постоянную температуру от +7 ° до +12 °C. За счет постоянного уровня температуры источника тепла коэффициент мощности теплового насоса типа «вода-вода» в течение всего года имеет наибольшую величину. К сожалению, грунтовые воды не везде доступны для использования в достаточном количестве и с подхо-

дящим качеством. Но там, где такая возможность есть, их использование выгодно. Для получения тепла следует обустроить один заборный колодец и один отводящий или дренажный колодец. Использование грунтовых вод должно быть разрешено компетентными органами власти, в общем случае – управлением водного хозяйства. Справочную информацию о возможности использования вод предоставляют водные ведомства районных муниципалитетов. • Источник тепла – грунт. Горизонтальный коллектор. На глубине от 1,20 до 2,00 м земля даже в холодные дни остается достаточно теплой для

Рисунок 2. Источник тепла – воздух.

Рисунок 3. Источник тепла – вода.

Рисунок 4. Источник тепла – грунт. Горизонтальный коллектор.

52 | ENERGY FRESH

№ 3(5) | сентябрь | 2011

ENERGY FRESH | № 3(5) | сентябрь | 2011

того, чтобы можно было рентабельно эксплуатировать тепловой насос. Предпосылкой для его использования является наличие достаточно большого земельного участка для прокладки системы труб, которая воспринимает тепло грунта. Действует простое правило, что земельный участок должен превосходить отапливаемую жилую площадь в два-три раза (в зависимости от степени теплоизолированности здания). Отбираемая грунтовым коллектором тепловая мощность составляет от 10 до 15 Вт/м2 в сухом песчаном грунте и до 40 Вт/м2 в насыщенном грунтовыми водами грунте. По трубам течет экологически безопасный

Рисунок 5. Источник тепла – грунт. Вертикальные геотермальные зонды.

www.energy-fresh.ru

солевой раствор, который не может замерзнуть и который передает поглощенное тепло испарителю теплового насоса. Если вы владеете достаточно большим участком земли, то у вас есть неисчерпаемые энергоресурсы и идеальные условия для теплового насоса Stiebel Eltron типа «солевой раствор – вода». • Источник тепла – грунт. Вертикальные геотермальные зонды. Вертикальные геотермальные зонды, вводимые в грунт буровым инструментом на глубину до 100 метров, требуют меньше места. Геотермальные зонды состоят из основания зонда и вертикальных зондовых труб из пластмассы. В системе пластиковых труб циркулирует солевой раствор, отбирающий тепло из грунта. Отбираемая тепловая мощность зависит от строения почвы и находится в пределах 30–100 Вт на метр геотермального зонда. В зависимости от теплового насоса и от строения почвы к одной установке подключается сразу несколько геотермальных зондов. Подобные установки требуют декларирования и, при необходимости, разрешения от водных ведомств нижнего уровня. Условия эксплуатации Отопительные тепловые насосы также можно встраивать в уже существующие системы отопления. Во многих случаях возможен моновалентный режим эксплуатации, т. е. даже в отдельные крайне холодные дни можно

отказаться от дополнительной традиционной системы отопления и от связанных с этой системой дополнительных вложений. При решении вопроса о возможности использования теплового насоса необходимо учитывать систему распределения тепла, в частности необходимую температуру в подающей линии. В принципе от теплового насоса могут снабжаться горячей водой как низкотемпературные системы отопления, так и обычные радиаторные отопительные системы. Тем не менее, при планировании новых систем рекомендуется использование низкотемпературных систем отопления с максимальной температурой на подаче +55 °C. Существующие установки с традиционным распределением тепла, как правило, можно комбинировать с тепловым насосом без внесения изменений. Обычно такие системы отопления рассчитаны на максимальную температуру воды в подающей линии +75 °C. Однако эти системы часто выполнены с завышением параметров, поэтому при проведении дополнительной тепловой изоляции здания во многих случаях достаточно значительно более низкой температуры подачи. Горячая вода Тепловые насосы не только обогревают здание, но и работают как экономичные водонагревательные приборы. С помощью отопительных тепловых насосов можно дополнительно готовить горячую воду. Специально адаптированные под тепловые насосы дополнительные принадлежности, такие как компактные арматурные блоки и накопительные водонагреватели, обеспечивают быстрый и надежный монтаж. Переключение между режимами отопления и приготовления горячей воды производится полностью автоматически.

ООО «Штибель Эльтрон» 129343, г. Москва, ул. Уржумская, д. 4, стр. 2 Тел.: +7 (495) 775-38-89 Факс: +7 (495) 775-38-87 www.stiebel-eltron.ru

энергосбережение | 53

биотопливо

Использование энергии пара и биомассы для выработки электрической и тепловой энергии Дубровин А.В., к.т.н., заместитель коммерческого директора ОАО «Волжский дизель имени Маминых»

В статье представлена информация о возможности использовании энергии пара и биомассы для выработки электрической энергии.

нергетику ожидают большие перемены. За последние годы происходит переход от крупных генерирующих объектов к гораздо более мелким энергокластерам. И в эту парадигму очень удачно вписывается и энергетика на основе других источников энергии, не требующая для собственного развития создания дорогостоящей транспортной инфраструктуры (как для подвоза энергоресурсов, так и для передачи электроэнергии). Распределенная генерация логично вписывается и в проблему энергосбережения и повышения энергоэффективности: большая часть энергии потребляется в месте ее производства, что исключает потери электроэнергии. На территориях, где нет готовой инфраструктуры (электросетей, газопроводов) приходится искать альтернативные пути энергообеспечения новых объектов инфраструктуры. В наиболее энергодефицитных регионах выбор все чаще делается в пользу собственной генерации. В настоящее время в России и в мире получают все большее распространение новые технологии энергосбережения. К ним, в частности, относится использование энергии пара для выработки электроэнергии в котельных и перевода их в мини ТЭЦ. Масштабы применения этой технологии энергосбережения достаточно велики. Так, в России находятся в эксплуатации около 80 000 паровых котельных с паропроизводительностью 10 – 100 т/

54 | ENERGY FRESH

час. Эти котельные обычно используются в производственно-отопительных целях и принадлежат небольшим предприятиям бумажной, лесопильной, пищевой, текстильной, кожевенной и многих других индустрий. Параметры производимого пара в разных котельных сильно различаются в зависимости от назначения использования пара на данном предприятии. Потребление пара сильно меняется по времени года (летний и зимний режимы) и от времени суток. Давление пара на выходе из котла зависит от потребностей технологии предприятия, а также от степени изношенности котлов. Так, обычные котлы широкого промышленного применения проектируются на давление пара 13 ати. Для изношенных котлов, которых в настоящее время очень большое количество, Гостехнадзор ограничивает давление 7-8 ати. Для нужд технологии обычно требуется 4-6 ати, для отопления требуется 1,5-2 ати с расходом пара 3-6 т час. Таким образом, наиболее часто в котельных имеется неиспользуемый перепад давления пара 3-6 ат с расходом пара от 6 до 50 т/час. Из этого пара можно реально получить 200 – 1500 кВт электроэнергии. Пар после котла направляют в расширительную машину, например, паровую турбину, связанную с электрогенератором. Таким образом, можно получить очень дешевую электроэнергию (дополнительный расход топлива и эксплуатационные расходы незначительны). Однако, использование паровой турбины здесь

малопродуктивно, поскольку в указанной области небольших мощностей она имеет ряд известных недостатков. паровые винтовые машины Возможно использовать в данном диапазоне мощностей паровые винтовые машины (ПВМ). ПВМ по сути является новым типом парового двигателя. ПВМ разработана в России, она уникальна, аналогов ее за рубежом нет. На конструкцию ПВМ, ее узлов и систем получено около 25 патентов в России и за рубежом. [1] В диапазоне мощности 200-1500 кВт ПВМ практически по всем показателям значительно превосходит обычную лопаточную паровую турбину. ПВМ является наиболее перспективной основой для создания мини-ТЭЦ, особенно в районах Крайнего Севера и в районах к ним приравненным. Здесь ориентация на электростанции на дизельном топливе должна быть снижена в связи с многократным повышением цены топлива. В мини-ТЭЦ должны использоваться местные топливные ресурсы: уголь, торф, отходы лесопереработки. Расчет экономической эффективности применения ПВМ в котельной показывает, что удельный расход топлива на выработанную электроэнергию составляет 140 – 145 г.у.т./кВт час, а срок окупаемости энергоустановки составляет 1 –1,5 года. В расчете в качестве установленной принята мощность ПВМ, равная 800 кВт. При повышении мощ-

№ 3(5) | сентябрь | 2011

ENERGY FRESH | № 3(5) | сентябрь | 2011

ности эффективность ПВМ еще более повышается. паровые поршневые двигатели Другим способом получения энергии с помощью пара могут быть паровые поршневые двигатели.[2] Паровые двигатели обеспечат оптимальные решения для децентрализованного производства энергии, особенно в следующих областях применения: • энергии, получаемой при сжигании обрезков и отходов пиломатериалов, рисовой соломы, шелухи и растений; • энергии от процессов со значительным количеством сбросного тепла, таких как стекольное производство, газовые турбины, дизельные двигатели и установки по переработке отходов. Используемый для привода генератора или как прямой привод, паровой двигатель подходит для паросиловых установок как малых так и средних мощностей благодаря его следующим качествам: • Гибкость С помощью простой модульной системы, состоящей из стандартизированных компонентов с 1-6 цилиндрами и различными типами цилиндров, возможно адаптировать паровые двигатели для различных эксплуатационных условий. В зависимости от степени повышения рабочего давления пар расширяется одной или несколькими ступенями. Многоступенчатые двигатели позволяют контролировать расширение пара под определенное давление. • Эффективность Особая система, регулирующая подачу пара, в сочетании с механическими преимуществами поршневого двигателя обеспечивают оптимальную рабочую эффективность (КПД), широкий диапазон управления и высокую производительность в условиях частичных нагрузок. • Современная технология Паровые двигатели не нуждаются в смазке цилиндров и таким образом

предохраняют пар от присутствия масла. • Надежность Паровые двигатели применяются с установками производительностью пара до 40 т/ч и давлением на впуске 6-60бар, выходная мощность может достигать до 1500кВт. получение энергии с помощью пиролиза Еще одной технологией, которая будет рассмотрена в данной статье, является получение энергии с помощью пиролиза.[2] Пиролиз – это декомпозиция органических веществ при нагревании в отсутствии кислорода. В результате пиролиза происходит образование синтез-газа и твердых углеродных остатков. Состав каждой из фаз определяется параметрами процесса (температура, скорость нагрева, давление и время пребывания в реакторе). Сырье направляется в процесс либо непрерывно, либо порциями (в периодическом режиме). Рассмотрим ее на примере утилизации твердых бытовых отходов, хотя она может применяться и для других отходов, таких как отходы лесотехнической промышленности, сельского хозяйства и ряда других. Рост количества отходов в России за последнее десятилетие превысил темпы роста промышленного производства. Ежегодно в стране образуется более 3,5 млрд тонн отходов которые в большинстве своем либо не утилизируются либо их просто невозможно утилизировать и они отправляются на сжигание или на свалку. Применение пиролиза для переработки различных отходов позволяет рекуперировать как материалы, так и энергию. Эффективная пиролизная система используется для утилизации твердых бытовых отходов (ТБО), полимерных отходов, старых автопокрышек, органических и медицинских отходов, отходов электроники, канализационного ила и т.д. В пиролизной системе, построенной по модульному принципу, отходы термически разлагаются, ис-

пользуя непрямой источник тепла при температурах порядка 400-600 градусов в отсутствие внешнего снабжения кислорода/воздуха. Летучая фракция сырья термически разлагается, образуя синтез газ, энергия которого затем может быть использована в качестве источника энергии для выработки тепловой и электрической энергии. Отходящие газы очищаются в системе газовой очистки. Пиролизная установка производит электричество, пар и горячую воду. Непрерывные установки пиролиза с мощностью отдельной технологической линии 250-300 т/д могут быть обьединены в агрегаты для увеличения суммарной производительности. По сравнению с мусоросжигательными заводами пиролиз обладает рядом преимуществ: а) продукты сгорания, ассоциированные с сжиганием отходов, не образуются, б) зола нетоксична, в) сточные воды из системы газоочистки не производятся, г) металлы после процесса не окисляются, д) возможна переработка высококалорийных отходов и т.д Рассмотренные технологии могут использоваться в самых разнообразных сферах промышленности, включая: • деревообрабатывающую и бумажную промышленности; • коммунальные объекты; • производство стекла и керамики; • химическую промышленность; • пищевую и пивоваренную промышленности; • мукомольные заводы; • системы по сжиганию отходов. С помощью комбинированного производства тепла и энергии, промышленные и децентрализованные установки по электроснабжению позволяют утилизировать используемую энергию более эффективно. Кроме того, применение биомассы в качестве топлива существенно снижает выбросы углекислого газа.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1) Ахметшин Р. М., Березин С. Р., Петров П. Г., Ямилев И. А. Винтовая энергетическая машина//РОСТЕХНАДЗОР. Наш регион. – 2005. – № 1–2. – С. 38–40. 2) Информация с сайта www.vdm-plant.ru

www.energy-fresh.ru

биотопливо | 55

Геотермальная энергетика

Геотермальносолнечная система теплоснабжения Амерханов Р.А., д.т.н., Бутузов В.А., д.т.н., Брянцева Е.В., соискатель, Бутузов В.В., аспирант

еотермальная система теплоснабжения характеризуется следующими особенностями [1]: большими запасами во многих районах даровой тепловой энергии; полной автоматизацией, безопасностью добычи геотермальной энергии – геотехнологический способ разработки с использованием глубоких скважин и тепломассопереноса водой не требует ведения опасных традиционных подземных или открытых горных работ, обеспечивает управляемость процессов, возможность компьютерного контроля и отсутствие горнодобывающих рабочих; экономической конкурентоспособностью – добыча и использование теплоты недр, по данным действующих зарубежных и отечественных предприятий, проектов, технико-экономических обоснований и прогнозных расчетов, экономически целесообразны и не требуют государственных дотаций; выигрышностью маломощных систем геотермального теплоснабжения (СГТ) – техникоэкономические показатели СГТ с теплопроизводительностью 5–10 ГДж/ч сопоставимы с альтернативными топливными котельными, что позволяет обеспечить центральным отоплением и горячим водоснабжением сельские районы страны; экологической чистотой – циркуляционная технология добычи теплоты недр обеспечивает замкнутый цикл оборота геотермального теплоносителя и не допускает никаких сбросов или выбросов в окружающую среду. Существенные преимущества геотермального источника энергии, несомненно, создадут условия широкого его освоения. Однако общий вклад геотермальной сырьевой базы

56 | ENERGY FRESH

в мировой топливно-энергетический баланс пока не превышает 1 %. Перспективы широкого освоения тепловой энергии недр в России опираются на высокий уровень ее ресурсообеспеченности. При прогнозируемой годовой потребности городского (608 млн т и сельского (101 млн т) у.т. теплоснабжения (прогнозирована по регионам с учетом данных ВНИПИ энергопрома) ресурсная база геотермального источника энергии превышает 40 трлн т у.т. для нужд горячего водоснабжения и 15 трлн т у.т. – для теплоснабжения.

По данным Всемирного геотермального конгресса 2010 года (о. Бали, Индонезия) суммарная мощность геотермальных систем теплоснабжения в мире составляет более 50,6 ГВт [2]. Мировыми лидерами являются США – 7,82 ГВт, Китай – 3,7 ГВт, Исландия – 1,98 ГВт. В России общая мощность геотермальных систем теплоснабжения не превышает 0,4 ГВт. В наибольших объемах геотермальные ресурсы используются на Камчатке, в Дагестане, в Краснодарском крае. Для поддержания внутрипластового давления и заданного срока эксплуа-

Рисунок 1. Принципиальная схема геотермальной системы теплоснабжения с обратной закачкой: 1 – устье продуктивной скважины; 2 – теплообменник; 3 – сетевые насосы; 4 – химводоподготовка; 5–реинжекционный насос; 6 – устье реинжекционной скважины; 7 – ствол реинжекционной скважины; 8 – призабойная зона реинжекционной скважины; 9 – призабойная зона продуктивной скважины; 10 – ствол продуктивной скважины.

№ 3(5) | сентябрь | 2011

ENERGY FRESH | № 3(5) | сентябрь | 2011

тации месторождений применяется в основном обратная закачка отработанного теплоносителя. На рисунке 1 представлена принципиальная схема такой системы. Тепловой баланс геотермальной системы с обратной закачкой определяется по формуле: Qпол=Qпл-Q’пл-Q’с-Q’’с-Qтл,

(1)

где Qпол – расчетная мощность системы теплоснабжения; Qпл – тепловая мощность продуктивной скважины; Q’пл – тепловая мощность реинжекционной скважины; Q’с – тепловые потери в стволе продуктивной скважины; Q’’с – тепловые потери в теплосетях между продуктивной и реинжекционной скважинами. Подставляя в формулу (1) значения отдельных величин, получаем выражение:

Рисунок 2. Принципиальная схема комбинированной геотермально-солнечной системы теплоснабжения: 1 – геотермальная скважина; 2 – солнечные коллекторы; 3 – бакаккумулятор; 4 – теплообменник гелиоконтура; 5 – насосы сетевые; 6 – теплообменник геотермального контура; 7 – насосы гелиоконтура.

Qпол=1,163G( 1iпл- 2i’пл)-l(q’+q’’)-lтq т, (2) ,

(3)

где G – расход геотермального теплоносителя; l – глубина скважин; q’,q’’ – удельные тепловые потери в стволах продуктивной и реинжекционной скважин; lт – длина теплопровода между продуктивной и реинжекционной скважинами; q т – удельные тепловые потери в наружном трубопроводе; 1, 2 – удельные веса геотермального теплоносителя в продуктивной и реинжекционной скважинах; iпл,i’пл – энтальпия геотермальной воды в продуктивной и реинжекционной скважинах. Давление на устье реинжекционной скважины определяется по формуле: Рн=ΔРс+ΔР тр+ΔРизб-ΔР т,

, где

(5)

, п – КПД насосов и их привода.

Sp =N.n.c y ,

(6)

где n – продолжительность работы в течение года; с у – удельная стоимость электрической энергии. По ряду причин, в том числе основных – особые гидрогеологические условия геотермальных месторождений России, обратная закачка применяется весьма ограниченно (Дагестан).

Так, для геотермальных месторождений Краснодарского края расчетные значения давления реинжекции институтом НИИгаз (Саратов) были определены для Южно-Вознесенского – 12,8 кгс/см2; Вознесенского – 25,4 кгс/см2; Мостовского – 27,5 кгс/см2; Лабинского – 46,6 кгс/см2 , Ульяновского – 49,7 кгс/см2; Ново-Ярославского – 55,7 кгс/см 2; Грязнореченского – 59,8 кгс/см 2 ; Межхокракского – 28 ,9 кгс/см 2 ; О т ра дненского – 30,8 кгс/см2. В 1981 году на Вознесенском месторождении были выполнены

(4)

где Рн – давление на устье реинжекционной скважины; ΔРс – регрессия в скважине при нагнетании; ΔР тр – гидравлические потери напора на трение в стволе скважины; ΔРизб – избыточное давление на ее устье в статическом режиме; ΔРт – поправка в термоуровне за счет термолифта. Мощность реинжекционных насосов определяется по формуле:

www.energy-fresh.ru

Рисунок 3. Зависимость капитальных затрат на сооружение геотермальных Sгеот.сист. и солнечных S солн.сист. систем теплоснабжения.

Геотермальная энергетика | 57

Геотермальная энергетика

Рисунок 4. Зависимость эксплуатационных затрат от мощности геотермальной Cгеот.сист. и солнечной Ссолн.сист. систем теплоснабжения.

Рисунок 5. Принципиальная схема геотермально-солнечной установки: 1 – солнечные коллекторы; 2 – термодатчик; 3 – автоматика гелиоконтура; 4 – теплообменник гелиоконтура; 5 – насосы второго контура; 6 – датчики уровня; 7 – баки-аккумуляторы; 8 – контроллер; 9 – клапан отсечной; 10 – узел смешения; 11 – расходомер; 12 – химводоподготовка; 13 – тепловычислитель; 14 – бак теплоносителя; 15 – мембранный расширительный бак; 16 – насосы гелиоконтура.

58 | ENERGY FRESH

работы по реинжекции. При объеме закачиваемой воды 346–518 м3/сут. в скважине 9Т Вознесенского месторождения давление реинжекции составило 40–50 кгс/см2 при расчетном значении 25,4 кгс/см2 при объеме 1500 м3/сут., после чего обратная закачка была прекращена. В то же время в условиях Северного Кавказа с высокими значениями интенсивности солнечной радиации замещение тепловых нагрузок гелиоустановками можно рассматривать как альтернативу обратной закачке. На рисунке 2 представлена принципиальная схема комбинированной геотермально-солнечной системы теплоснабжения. Геотермальное и солнечное теплоснабжение характеризуется значительными затратами на капитальные вложения. Для геотермальных систем около 80% их стоимости составляют затраты на бурение скважин, пропорциональных квадрату глубины, с увеличением которой возрастает и мощность. Для солнечных систем теплоснабжения с увеличением площади и мощности гелиоустановки пропорционально возрастает их стоимость. В то же время зарубежный опыт сооружения больших гелиоустановок с площадью более 1000 м2 свидетельствует о значительном снижении их удельной сметной стоимости. На рисунке 3 представлены зависимости капитальных затрат систем теплоснабжения от установленной мощности. На основании анализа затрат на реинжекцию отработанного геотермального теплоносителя и сопоставления с затратами на эксплуатацию гелиоустановок из рисунка 4 следует, что последние существенно меньше. В 2010 году завершено строительство I очереди системы геотермального ЦТП, включающей в себя геотермальный насосный модуль, геотермальный центральный тепловой пункт (ГЦТП), тепловые сети, автоматизированные узлы учета и регулирования двенадцати двухэтажных жилых домов [3]. На кровле ГЦТП построена гелиоустановка, состоящая из 72 солнечных коллекторов типа TopSon F3 фирмы Wolf (Германия) общей площадью 144 м2. Солнечные коллекторы сблокированы по 6 штук и соединены по противоточной схеме. В верхней точке

№ 3(5) | сентябрь | 2011

ENERGY FRESH | № 3(5) | сентябрь | 2011

Рисунок 6. Солнечные коллекторы на кровле геотермального ЦТП.

установлен кран для отвода воздуха. Для крепления каждого коллектора разработан специальный узел, позволяющий в зависимости от рекомендаций производителя применить опорные конструкции из угловой стали. Основное оборудование гелиоустановки: баки-аккумуляторы (2х6 м3), насосы, теплообменник –смонтированы на нулевой отметке в помещении ГЦТП. Принципиальная схема геотермальносолнечной установки представлена на рисунке 5. Холодная водопроводная вода после химводоподготовки через расходомер поступает в два бака-аккумулятора вместимостью по 6 м3. На входе в баки предусмотрен отсечной клапан, управляемый контроллером по сигналам датчиков уровня. Для резервирования гелиоустановки при продолжительной пасмурной погоде имеется узел смешения с геотермальной водой, на линии которой установлен блокировочный клапан с контроллером и термодат-

Рисунок 7. Основное оборудование гелиоустановки.

чиком. Баки-аккумуляторы могут работать параллельно или раздельно. Нагрев воды из баков осуществляется в пластинчатом теплообменнике гелиоконтура, циркуляция насосная. Гелиоконтур состоит из солнечных коллекторов, пластинчатого теплообменника, насосов, расходомера, мембранного расширительного бака, емкости для теплоносителя. Контур рассчитан на заполнение специальным

теплоносителем. Управление работой гелиоустановки осуществляется при использовании автоматики фирмы «Аристон» с датчиками температуры на выходе из солнечных коллекторов, до и после теплообменника, в бакахаккумуляторах при управлении насосами второго контура. Для определения параметров теплоносителя и расходов тепловой энергии в гелиоконтуре установлен тепловычислитель с соответствующими расходомерами и термодатчиками. На рисунках 6, 7 представлены солнечные коллекторы и оборудование гелиоустановки. Таким образом, разработана и смонтирована комбинированная геотермальносолнечная система теплоснабжения, которая обеспечит в летнее время горячее водоснабжение объектов без реинжекции, и позволит поднять пластовое давление и увеличить сроки напорной эксплуатации геотермальных месторождений.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1) Амерханов Р.А. Оптимизация сельскохозяйственных энергетических установок с использованием возобновляемых видов энергии. – М.: КолосС, 2003. –532 c. 2) Lund I., Freeston D., Boyd T. Direct Utilization of Geothermal Energy. 2010. Worldwide Review // Proc. WGC-210. Bali, Indonesia, 25–29 April 2010. 3) Бутузов В.А., Томаров Г.В., Шетов В.Х. Реализация геотермального проекта в Краснодарском крае: I этап модернизации // Альтернативная энергетика и экология. 2011. № 2.

www.energy-fresh.ru

Геотермальная энергетика | 59

Пути развития

Конференция SUN FRESH 2011. Итоги

30 июня 2011 года в Radisson Slavyanskaya Hotel & Business Centre состоялась I Международная конференция по солнечной энергетике SUN FRESH 2011. Организатором конференции выступила компания SBCD Expo. 60 | ENERGY FRESH

конференции приняли участие представители Министерства промышленности, энергетики и технологий Самарской области, Министерства промышленности и энергетики Красноярского края, Министерства промышленности и энергетики Ростовской области, Министерства экономического развития и торговли Республики Адыгея, Министерства экономики

и торговли Республики Калмыкия, Министерства энергетики Республики Татарстан, Министерства энергетики и ЖКХ Ульяновской области, Министерства регионального развития Республики Алтай, Департамента ТЭК и ЖКХ Брянской области, Департамента ТЭК Вологодской области, Управления энергетики, нефтегазового комплекса и угольной промышленности Примор-

№ 3(5) | сентябрь | 2011

ENERGY FRESH | № 3(5) | сентябрь | 2011

Фото 1. А.Г. Санковский, генеральный директор ICF/EKO

Справка I Открыл пленарное заседание и выступил с приветственным словом модератор конференции, издатель и главный редактор журнала ENERGY FRESH Эльчин Гулиев. Далее слово было предоставлено Андрею Маркину, руководителю отдела продаж POWERCOM Russia.

Фото 2. Л.Б. Гришина, заместитель директора ГКУ КК «Центр энергосбережения и новых технологий»

ского края, Регионального управления энергосбережения и повышения энергетической эффективности Белгородской области, Государственного комитета Республики Карелия по ЖКХ и энергетике, Комитета энергетики, тарифов и энергосбережения Ярославской области, Регионального агентства по энергосбережению и повышению энергетической эффективности Са-

www.energy-fresh.ru

марской области, Центра энергосбережения и новых технологий Краснодарского края, Регионального центра энергоэффективности Калужской области. Также в конференции участвовали российские и международные компании, научно-исследовательские институты и проектные бюро – всего более 60 компаний из 17 регионов. Открыл пленарное заседание и вы-

ступил с приветственным словом модератор конференции, издатель и главный редактор журнала ENERGY FRESH Эльчин Гулиев. Далее слово было предоставлено Андрею Маркину, руководителю отдела продаж POWERCOM Russia. Он выступил с докладом о продукции, выпускаемой компанией, и озвучил дальнейшие планы развития компании на россий-

Пути развития | 61

Пути развития

ском рынке. О применении технологий солнечной электроэнергетики в России рассказал генеральный директор компании ECO MIR (представительства итальянской компании ECOWARE) Михаил Черкасов. Заместитель руководителя Центра энергосбережения и новых технологий Краснодарского края Лариса Гришина поделилась с участниками опытом внедрения солнечных коллекторов на территории Краснодарского края. Закрывал пленарное заседание генеральный директор компании ICF/EKO Алексей Санковский. В своем докладе он осветил актуальные вопросы финансирования проектов возобновляемых источников энергии. Вторая часть конференции открылась выступлением Владимира Выборных, директора по развитию бизнеса представительства норвежской компании Eltek Valere в России, в котором говорилось о высокоэффективных системах электропитания для альтернативной энергетики. О современных концентраторных фотоэлектрических технологиях рассказал Игорь Тюхов, исполнительный директор кафедры ЮНЕСКО «Техника экологически чистых производств» Московского государственного института инженерной экологии. Игорь Матвеев, старший научный сотрудник Всероссийского научно-исследовательского конъюн-

62 | ENERGY FRESH

Справка I Участники смогли обсудить проблемы и перспективы развития солнечной энергетики в России, поделиться опытом реализации солнечных установок, расширить рынок сбыта продукции, продемонстрировать достижения компаний в области производства солнечных панелей, инверторов, комплектующих и др., а также укрепить старые и установить новые деловые контакты.

Фото 3. М. Черкасов, ECOWARE (ECO MIR) и Э. Гулиев, главный редактор, журнал ENERGY FRESH

ктурного института, проанализировал роль солнечной энергетики в энергообеспечении стран объединенной Европы. Последнюю секцию конференции открыл Адольф Чернявский, главный специалист по возобновляемым источникам энергии Института «Ростовтеплоэлектропроект». Доклад был посвящен использованию солнечной энергии на юге России. О проблемах развития солнечной энергетики в Российской Федерации рассказал Андрей Черняк, генеральный директор компании «СанЛит Технологии», запустившей первый в России завод по производ-

ству тонкопленочных фотоэлектрических CIGS-солнечных модулей, гелиосистем и тепловых насосов. Бурные обсуждения и много вопросов вызвал доклад Елены Федоровой, начальника Департамента сопровождения возобновляемых источников энергии Некоммерческого партнерства «Совет рынка» по анализу текущей ситуации и развитию механизмов поддержки возобновляемых источников энергии в России. Закрывал конференцию заведующий отделом информатизации, к.т.н. Энергетического института им. Г.М. Кржижановского Владимир Кабаков. В докладе говорилось о солнечных гибридных энергоустановках, их оптимизации и опыте реализации в Узбекистане. Конференция прошла в дружественной атмосфере и получила высокую оценку от деловых кругов и ведущих представителей профессионального сообщества. Участники смогли обсудить проблемы и перспективы развития солнечной энергетики в России, поделиться опытом реализации солнечных установок, расширить рынок сбыта продукции, продемонстрировать достижения компаний в области производства солнечных панелей, инверторов, комплектующих и др., а также укрепить старые и установить новые деловые контакты. Ждем вас на наших конференциях!

№ 3(5) | сентябрь | 2011

ENERGY FRESH | № 3(5) | сентябрь | 2011

www.energy-fresh.ru

Пути развития | 63

подписной Экоархитектура купон

Пожалуйста, заполняйте разборчиво печатными буквами! Фамилия: Имя:

Отчество:

Должность: Название компании: Почтовый индекс: Город: Район/область: Адрес: Телефон:

Факс:

E-mail: Сайт: Для получения бесплатной подписки на журнал Energy Fresh заполните данную анкету и отправьте ее по факсу: +7 (495) 788-88-92. Также Вы можете оформить подписку на сайте: http://energy-fresh.ru/mfresh/podpiska/.

64 | ENERGY FRESH

№ 3(5) | сентябрь | 2011