Отчет - Исследование отрасли альтернативной энергетики Республики Казахстан. Том 3 Перспективные сегменты отрасли альтернативной энергетики
Подождите немного. Документ загружается.
«Исследование отрасли альтернативной энергетики Казахстана»
IGM consulting company
81
повышению капитальных затрат на единицу установленной мощности. С другой
стороны, воздействия на окружающую среду со стороны малой гидроэнергетики
настолько незначительны, что зачастую о них говорят как о «не существующих».
Малые ГЭС в большинстве случаев присоединены к энергосети. Большинство из
них не имеют больших водохранилищ, то есть вода не собирается позади дамбы.
Они вырабатывают электроэнергию, если естественный уровень воды в реке
достаточен, но в периоды высыхания реки или падения скорости потока ниже
определенной величины производство электроэнергии приостанавливается.
Существует два основных типа малых (или микро) электростанций. При наличии
аккумуляторной системы малая ГЭС вырабатывает электроэнергию, которая
накапливается в аккумуляторах. В периоды низкого уровня потребления
электроэнергии ее излишек также сохраняется в аккумуляторах. Если же
природного водяного потока достаточно для бесперебойной выработки
электроэнергии, малая ГЭС поставляет электроэнергию в сеть напрямую без
накопления ее в аккумуляторах.
Малая гидроэнергетика имеет особое значение для стран с развивающейся
экономикой, в первую очередь, благодаря обеспечению принципа
децентрализации. Выработанная электроэнергия обычно передаётся по
низковольтной распределительной сети относительно небольшому количеству
потребителей, расположенных поблизости от ГЭС.
Малые ГЭС отличаются друг от друга в зависимости от используемого напора
воды. Высоконапорные ГЭС типичны для горных областей; и вследствие того,
что для выработки такого же количества электроэнергии им необходим меньший
поток, они обычно дешевле других ГЭС. ГЭС малого напора типичны для равнин,
им не нужен водопроводящий канал. На размер капитальных затрат, связанных со
строительством малых ГЭС, влияет много факторов. Однако одним из наиболее
существенных является выбор места и «привязка» к нему ГЭС. Наличие
соответствующего напора и скорости потока воды - необходимые условия для
производства электроэнергии.
«Исследование отрасли альтернативной энергетики Казахстана»
IGM consulting company
82
Схема 6 Принцип работы малой ГЭС
Для большинства ГЭС необходим трубопровод, подающий воду для работы
турбины. Исключение - винтовые машины с открытым входом. Вода должна
пройти сначала сквозь фильтр, «задерживающий» находящийся в ней мусор,
чтобы избежать засорения и повреждения турбины. Вход обычно размещается в
стороне от основного водяного потока, чтобы во время интенсивного потока
предохранить турбину от прямого напора воды и мусора.
Требования по технике безопасности при строительстве малых ГЭС не такие
высокие, как в случае с большими ГЭС, так как даже разрыв малой дамбы обычно
не угрожает человеческим жизням, и риск, соответственно, меньший, что в свою
очередь уменьшает капитальные затраты. При строительстве малых ГЭС обычно
используются местные материалы, а к работе привлекается местное население.
Малые ГЭС могут требовать большего обслуживания, чем соответствующие им
по установленной мощности ВЭУ или фотоэлектрические системы. Важно, чтобы
турбина не засорялась. Это достигается надёжной фильтрацией и строительством
отстойника. Относительно механических частей турбины, только подшипники и
щетки требуют регулярного ухода и замены.
Согласно данным Мирового Банка, первичные капиталовложения в строительство
малых ГЭС колеблются от 1800 до 8800 долларов США за 1 кВт установленной
мощности (для водяных напоров от 2,3 м до 13,5 м), и от 1000 до 3000 долларов
США за 1 кВт (для напоров от 27 м до 350 м). В то же время, затраты на
обслуживание ГЭС невысокие.
«Исследование отрасли альтернативной энергетики Казахстана»
IGM consulting company
83
К капитальным затратам относятся:
Строительство дамбы, канала, станции;
Оборудование для производства электроэнергии (турбина, генератор,
трансформатор, линии электропередач);
Другие (разработка, стоимость земли, пуско-наладочные работы).
Обычно оборудование, используемое при небольшом водяном напоре и низкой
выработке электроэнергии, является дорогостоящим: на него приходится от 40 до
50% от общих капиталовложений. Поскольку речь
идёт о затратах на гражданское
строительство, нельзя дать точных цифр относительно стоимости каждого
объекта. Дамбы, каналы и приёмные устройства будут составлять разные
процентные соотношения от общих капиталовложений для различных объектов.
Многое зависит от топографии и геологии, а также от применяемой технологии
строительства и от используемых материалов. К примеру, общая стоимость новых
малых ГЭС в Германии составляла 5-9 евро за 1 Вт установленной мощности.
Затраты, связанные непосредственно со строительством ГЭС, составляли 35%
этой суммы, стоимость же оборудования для производства электроэнергии - 50%.
В разных странах стоимость турбины, конечно же, различна: например, турбина
мощностью 8 кВт (тип Банки с регулированием) в Чешской республике стоит
3500 евро или 0,45 евро за 1 Вт
.
Высокие капитальные затраты - самый большой барьер на пути
широкомасштабного развития малой гидроэнергетики. Однако, несмотря на этот
факт и длительный срок окупаемости (7-10 лет в некоторых странах, например в
Словакии), малые ГЭС являются рентабельными из-за их продолжительного
срока службы (более 70 лет) и низких затрат на техническое обслуживание. Как
правило, стоимость обслуживания и ремонта, не включая замену дорогостоящего
оборудования, составляет приблизительно от 3 до 4 % капиталовложений для
малой и микрогидроэнергетики.
«Исследование отрасли альтернативной энергетики Казахстана»
IGM consulting company
84
График 3 Расчет себестоимости 1 кВт установленной мощности,
евро/кВт
Для развития малой гидроэнергетики необходимо наличие следующих условий:
децентрализованное, небольшое по объему энергопотребление;
мелкие отрасли промышленности, индивидуальные фермерские
хозяйства и предприятия, сельское население;
низковольтная распределительная сеть и, очевидно, внутри
региональная микро энергосеть;
индивидуальное, кооперативное или общинное право собственности;
среднеквалифицированный труд и кооперативное администрирование;
средний
по продолжительности период планирования, использование
местных материалов и трудовых ресурсов.
Доказано, что инвестиции в малую гидроэнергетику не подвержены рискам, они
надежны в течение нескольких десятков лет
42
.
3.6.2. Разработки отечественных ученых
Казахстанскими инженерами и учеными в настоящее время разработаны новые
модульные модели бесплотинной микроГЭС, на которые получены
предварительные патенты, также изготовлен опытный образец и проведено
испытание. Результаты испытания доказали высокую эффективность
разработанной конструкции микроГЭС и их конкурентоспособность как на
внутреннем, так и на международном рынке.
42
Источник: http://www.ecomuseum.kz/dieret/hydro/hydro.html
«Исследование отрасли альтернативной энергетики Казахстана»
IGM consulting company
85
Многие из разработок казахстанских ученых типа микроГЭС прошли успешные
испытания, например, установка микроГЭС-1, разработанная в РГП «НПЦ
механизации сельского хозяйства». Вырабатываемая ею мощность в 1 кВт при
расходе воды в 0,32 м
3
/с и напоре воды в 4 м вполне достаточна для обеспечения
электроэнергией одного жилья животновода в полевых условиях. Разработанные
в Алматинском институте энергетики и связи опытные горные миниГЭС
деривационного и топливного типа мощностью 1-3 кВт были запущены в разное
время на р. Талгар, Б. Тургень. При массовом производстве технические
характеристики подобных установок будут улучшаться, а стоимость их
изготовления – уменьшаться. Но для того, чтобы запустить этот процесс, нужна
государственная поддержка. В связи с этим надо отметить, что государственная
поддержка данного направления возобновляемых источников энергии будет
способствовать развитию в стране высокой технологии и малой энергетики, а
также созданию конкурентоспособности казахстанской энергетики
43
.
Разработками бесплотинных микроГЭС на территории Казахстана занимается АО
«Казгылым» под руководством Н.С. Буктукова. Предприятие находится в городе
Алматы, одним из его достижений является гирляндная гидроэнергоустанока. Ее
новизна заключается в конструкции турбинок, позволяющих удерживать
установку в середине потока. Кроме того, по словам Буктукова Н.С.,
казахстанский ученый Майлибаев М.М. изобрел волновую энергоустановку,
которую легко можно применять в Каспийском море. Уже есть соответствующие
демонстрационные образцы.
Микрогидроэлектростанции различных мощностей разрабатываются в научно-
технологическом парке «КазНУ им. Аль-Фараби» в Алматы и «Южно-
Казахстанском межотраслевом территориальном центре научно-технической
информации» в Шымкенте.
Отечественный изобретатель В.М. Низовкин разработал деривационные роторные
ГЭС для предгорных районов РК. Сущность разработки заключается в том, что
выше энергопотребителя на ручьях или быстротекущих горных реках строят
гравийный фильтр водозабора, ниже которого прокладывают напорный
трубопровод переменного по длине диаметра с переходниками и на входе его в
гидротурбину с синхронным электрогенератором промышленного напряжения и
частоты, выполняют гидродинамическую систему автоматического
43
Источник:
http://www.kazenergy.com/index.php?option=com_content&task=view&id=737&Itemid=128
«Исследование отрасли альтернативной энергетики Казахстана»
IGM consulting company
86
регулирования нагрузки на генератор. Ротор гидротурбины оснащен лопатками,
изогнутыми на 150º , что обеспечивает максимум КПД и достаточно высокую
быстроходность при отсутствии потерь на трение, так как он крепится на валу
фланцевого электрогенератора, защищенного от воды.
Поток отработавшей воды выходит снизу гидротурбины, что обеспечивает
уменьшение брызгообразования и шума.
От ГЭС потребитель прокладывает 4-х жильный кабель или воздушную ЛЭП к
электрощиту потребителя.
Для предотвращения смещения и деформации трубопровод крепят вдоль русла
реки на бетонных анкерах, а в случае низких зимних температур покрывается
теплоизоляцией или укладывается в воде под грунт.
Гидротурбина в конструкции представлена центростремительно-осевого типа с
высоким объемным КПД (0,5 – 0,9), она быстроходна, проста в
изготовлении и
обслуживании. Конструкции ГЭС этого типа ранее не разрабатывались и поэтому
требуют тщательных гидравлических испытаний и доводки не только на стендах,
но и в условиях опытной эксплуатации
44
.
44
Источник: http://power-kz.narod.ru/DerivacHydro.htm/
«Исследование отрасли альтернативной энергетики Казахстана»
IGM consulting company
87
4. Геотермальная энергетика
4.1. Современное состояние и тенденции развития
геотермальной энергетики
Потенциальная суммарная рабочая мощность геотермальных электростанций в
мире уступает большинству станций на иных возобновимых источниках энергии.
Однако направление получило развитие в силу высокой энергетической
плотности в отдельных заселённых географических районах, в которых
отсутствуют или относительно дороги горючие полезные ископаемые, а также
благодаря правительственным программам. Таким образом, только в верхнем
трехкилометровом слое Земли содержится свыше 1020 Дж теплоты, пригодной
для выработки электроэнергии. Такое количество энергии позволяет
рассматривать теплоту Земли как альтернативу органическому топливу.
Общий выход тепла из недр Земли на ее поверхность втрое повышает
современную мощность энергоустановок мира и оценивается в 30 ТВт. При этом
средняя плотность глубинного теплового потока составляет всего 0,06 Вт/кв.м,
что примерно в 3500 раз меньше средней плотности солнечного излучения.
Общее количество теплоты, которым располагает Земля, в топливном эквиваленте
составляет примерно 4,5/108 трлн. т.у.т.
Сегодня в 80 стран мира в той или иной степени используется геотермальное
тепло. В большей части из них, а именно в 70 странах, утилизация этого вида
природного тепла
достигла уровня строительства теплиц, бассейнов,
использования в лечебных целях и т.д. А ГеоТЭС имеются в десяти странах.
Установленная мощность геотермальных электростанций возросла с 678 МВт, в
1970 г. до 8000 МВт в 2000 г. В этом направлении лидируют таки страны как:
1. США, который является крупнейшим производителем геотермальной
электроэнергии. Так в 2005 году ГеоТЭС
произвели около 16 млрд
кВт/ч электроэнергии. Основные промышленные зоны: «гейзеры» — в
100 км к северу от Сан-Франциско (1360 МВт установленной
мощности), и северная часть Солёного моря в центральной
Калифорнии (570 МВт установленной мощности), в Неваде
установленная мощность станций достигает 235 МВт. Геотермальная
электроэнергетика, как один из альтернативных источников энергии в
стране, имеет особую правительственную поддержку;
2. Филиппин;
«Исследование отрасли альтернативной энергетики Казахстана»
IGM consulting company
88
3. На 2003 год 1930 МВт электрической мощности установлено на
Филиппинских островах, в Филиппинах парогидротермы обеспечивают
производство около 27% всей электроэнергии в стране;
4. Италия;
5. В Италия на 2003 год действовали энергоустановки общей мощностью
в 790 МВт.;
6. Исландия;
7. В Исландии действуют пять теплофикационных геотермальных
электростанций общей электрической мощностью 420 МВт, которые
производят 26.5 % всей электроэнергии в стране;
8. Кения;
9. В Кении на 2005 действовали три геотермальные электростанции
общей электрической мощностью в 160 МВт, существуют планы по
росту мощностей до 576 МВт.;
10. Россия;
11. Все три Российские геотермальные электростанции расположены на
территории Камчатки, суммарный электропотенциал пароводных терм
которой оценивается в 1 ГВт рабочей электрической мощности, однако
реализован только в размере 76,5 МВт установленной мощности (2004)
и около 420 млн. кВт/ч годовой выработки (2004).
45
Кроме того, хозяйственное применение геотермальных источников
распространено также в
Новой Зеландии, Франции, Литве, Мексике, Никарагуа,
Коста Рике, Индонезии, Китае, Японии.
Из опыта эксплуатации крупных ГеоЭС на Филлипинах, Новой Зеландии, в
Мексике и в США следует, что себестоимость 1кВт/ч электроэнергии часто не
превышает 1 цента, при этом следует иметь в виду, что коэффициент
использования мощности на ГеоЭС достигает значения 0,95.
Геотермальное теплоснабжение наиболее выгодно при прямом использовании
геотермальной горячей воды, а также при внедрении тепловых насосов, в которых
может эффективно применяться низкопотенциальное геотермальное тепло.
В программах энергосбережения развитых стран существенное место занимают
тепловые насосы, что связано с их высокой эффективностью, экологической
45
Источник: по данным Интернет-энциклопедии Википедия,
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B5%D0%BE%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%
B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80
%D0%B3%D0%B8%D1%8F
«Исследование отрасли альтернативной энергетики Казахстана»
IGM consulting company
89
чистотой и надежностью. В настоящее время в мире работают около 15
миллионов тепловых насосов мощностью от нескольких кВт до десятков МВт. По
прогнозам Мирового энергетического комитета, к 2020 году 75% теплоснабжения
в развитых странах будет обеспечиваться тепловыми насосами. Наиболее широко
они применяются в США, Японии, Канаде, странах Скандинавии.
46
Основными преимуществами эксплуатации тепловых насосов является их
высокий показатель окупаемости и низкие эксплуатационные затраты. Согласно
исследованию, проведенному отечественными учеными
47
, динамика окупаемости
теплонаносной системы выглядит следующим образом:
46
Источник: http://www.science-award.siemens.ru/1350/1385/1403/
47
Примечание: по данным Директора Центра ВИЭ и новых технологий в энергосбережении г-на
Дворникова В.А.
«Исследование отрасли альтернативной энергетики Казахстана»
IGM consulting company
90
График 3 Динамика окупаемости кольцевой теплонаносной системы