Вінницький національний технічний університет
ЕКОЛОГІЧНІ ТА ЕКОНОМІЧНІ АСПЕКТИ СТВОРЕННЯ ПАЕС д.т.н., проф., акад. АПНУ Мокін Б.І.
I-й Всеукраїнський з’їзд екологів, Вінниця, 4-7 жовтня 2006
Екологічні та економічні аспекти створення ПАЕС Вплив нестачі та добування енергоресурсів на стан довкілля Основні джерела енергії – ТЕЦ, ТЕС, ГЕС, АЕС Базовий режим. ГАЕС, ПАЕС як акумулятори Чому не будуються ПАЕС? Градирні. Переваги використання ПАЕС Комплекси використання ВЕС - ПАЕС
Об'єкти, що придатні до влаштування повітресховищ ПАЕС N п/п
Назва
Місцевість
Характеристики
1
Карстові печери та підземні каменоломні
Прикарпаття, Волинь, Поділля, Полісся, Крим, Одещина
Довжина від 100 метрів до 200 кілометрів, поперечний переріз до 20 м х 20 м
2
Колишні кар’єри по добуванню глини, руд корисних копалин та щебеню
Рівномірно по всій Україні
Площа до 20 га, глибина від 20 метрів до 200 метрів
3
Відпрацьовані вугільні та соляні шахти і рудники залізних і поліметалічних руд
Донбас, Дніпропетровщина, Прикарпаття, Черкащина, Крим
Об’єм до 1 млн. м3 і більше
4
Відпрацьовані газові та нафтові свердловини
Прикарпаття, Полтавщина, Харківщина
Об’єм від 100 000 м3 і більше
Варіант повітресховища в широкому, але неглибокому кар'єрі (в поперечному розрізі) ТЕПЛИЦІ
дренаж
грунт насипний
дренаж
ПЛИТА труби відводу тепла труби
колони
бетон
ГРУНТ фундаменти
а).
труби
Варіант повітресховища в неширокому, але глибокому кар'єрі (в поперечному розрізі)
Поперечний розріз 1-го варіанту комплексу ВЕС-ПАЕС
Поперечний розріз 2-го варіанту комплексу ВЕС-ПАЕС
Структурна схема комплексу ВЕС-ПАЕС, підключеного до ЕЕС ТК – агрегат ПАЕС в режимі турбокомпресора, ТГ – агрегат ПАЕС в режимі турбогенератора, ПС – повітресховище, Г – ґрунт навколо ПС, ТМ – тепломережа, СП-Т – споживачі теплової енергії, ЕЕС – електроенергетична система, ВЕС – вітроелектростанція, ПАЕС – повітряна акумулююча електростанція, P, Q – потоки активної і реактивної електричної потужності, П – повітряні потоки, ПТ – перетворювач тиску повітряного потоку, Т – теплові потоки.
Блоки та потоки структурної схеми комплексу ВЕС-ПАЕС, підключеного до ЕЕС 1) додаткова активна ∑ РТГ тг та реактивна ∑ QТГ електрична потужність, що поступає в електричну мережу ЕЕС від регіональних ПАЕС, які, працюючи в режимі “підземних” ВЕС, перетворюють в турбогенераторах енергію стисненого в повітресховищах повітря П ПС в електричну енергію; 2) додаткова активна ∑ Р ВЕС та реактивна ∑ Q ВЕС електрична потужність, що поступає в електричну мережу ЕЕС від ВЕС, включених в комплекс ВЕС-ПАЕС. Слід зазначити, що ця електрична потужність поступає від ВЕС до ЕЕС в разі включення ВЕС в комплекс ВЕС-ПАЕС під час роботи ПАЕС незалежно від наявності у цей час у цій місцевості природного вітрового потоку ПП . 3) додаткове активне ∑ Р * та реактивне ∑ Q * електричне навантаження на ЕЕС під час нічних та обідніх провалів загального навантаження на систему за рахунок використання “зайвої” електроенергії для закачування повітря в повітресховища регіональних ПАЕС в їх турбокомпресорному режимі; 4) зменшення сумарних втрат активної електричної потужності в лініях електропередачі ∑ ∆Р ЛЕП як за рахунок забезпечення можливості передачі електроенергії, потрібної для закачування повітря в повітресховища ПАЕС, від далеко розташованих АЕС і ТЕС під час нічних та обідніх провалів загального електричного навантаження на ЕЕС, так і за рахунок забезпечення можливості передачі споживачам електроенергії, потрібної для проходження піків загального електричного навантаження в ЕЕС, від близько до них розташованих комплексів ВЕС-ПАЕС; 5) додатковий сумарний потік ∑ Т ТМ теплової енергії, який передається споживачам СП-Т від тепломереж ТМ, трансформуючись з теплових потоків Т ПС , що виділяються в повітресховищах ПС під час стискування повітря; 6) додатковий приріст сільськогосподарської продукції ∆АСП , обумовлений як зниженням рівня обводненості грунтів в регіонах розташування ПАЕС, так і за рахунок облаштування теплиць і парників на "дахах" повітресховищ ПС; 7) економія коштів E BP від зменшення обсягів відновлювальних і ремонтних робіт, що матиме місце у зв‘язку зі зниженням рівня ґрунтових вод.
ЩО ВІДОМО? З ЕЕС = f (К , а, З П , С ) + З АЕ
(1)
З АЕ = (е Н + а ПС )k ПС Е ПС + (е Н + аТГ ±ТК )k ТГ ±ТК РТГ ±ТК + + ЗСУ + ((1 − η АЕ ) / η АЕ )Е ПС N Σ C 0 (1 − k B )
(2)
η АЕ = ЕПК / ЕПР
(3)
S AE = ∆S Σ − З АЕ
(4)
∆S Σ = ∆S П + ∆S ЕС + ∆S ТР + ∆S ЛЕП + ∆S ВТ + ∆S НАД + ∆S СТ + ∆S ЕК
Е ПР = Е ПК + Е Т + Е ОХ + Е ПМТ + Е ВТ + Е ПТГ
(5) (6)
ЩО НОВОГО?
(
)
* η *АЕ = Е ПК + ЕТ* + Е ПТГ / Е ПР
(7)
∆S Σ* = ∆S Σ + ∆S ТМ + ∆S ВЕС + ∆S СП + ∆S ВР
(8)
* WEEC < WEEC
(9)
* ЗЕЕС > ЗЕЕС
(10)
* * * СЕЕС = ЗЕЕС / WEEC ,
С EEC = ЗEEC / WEEC
(11)
Графік залежностей в часі умовних собівартостей корисно використаної енергії для ЕЕС з комплексами ВЕС-ПАЕС та без них C EEC ,C*EEC
CEEC
C*EEC
РП АЕ-1
Рік відліку
РП АЕ-2
РП АЕ-3
РП АЕ-4
Роки
Рік рівноваги
ВИСНОВКИ 1. Висвітлені економічні та екологічні перспективи доповнення ЕЕС акумуляторами енергії класу ПАЕС. 2. Запропоновані функціональні схеми комплексів ВЕС-ПАЕС та нові принципи побудови повітресховищ для них. 3. Відомі економіко-математичні моделі, розроблені раніше для ЕЕС з акумуляторами енергії взагалі, адаптовані і доповнені для аналізу ЕЕС з комплексами ВЕС-ПАЕС. 4. Запропоновано критеріальні співвідношення для порівняння варіантів доповнення ЕЕС комплексами ВЕС-ПАЕС і визначення прийнятного.