Реферат: Геотермальная энергетика
Государственное общеобразовательное учреждение высшегопрофессионального образования Дальневосточный государственный университет путейсообщения
Кафедра «Электротехники, электроники и электромеханики»
Реферат
На тему: «Геотермальная энергетика и государственный планрыночной электрификации России»
Хабаровск
2009
Энергетическая стратегия
Наметившийсяв последние годы поворот к использованию геотермальных источников в России даётоснования надеяться на изменение энергетической стратегии в частипереориентирования со строительства только крупных генерирующих источниковэлектроэнергетики на массовое использование вторичных и возобновляемыхэнергоресурсов.
Издесь возникает вопрос о концепции электрификации, в частности, тех районов,где геотермальная энергия имеет перспективы использования сейчас или вближайшем будущем. Это необходимо потому, что электрификация России развиваласьвсе годы советской власти (да и в 90-е годы) на основании концепции ГОЭЛРО,принятой в 1920 г. и сыгравшем ключевую роль в индустриализации страны.Следование основным положениям плана ГОЭЛРО сегодня ошибочно, тем более, чтоэлектрификация всей России не состоялась, так как 2/3 территории России (а этопорядка 10 млн. человек населения) не охвачено электрификацией. Впрочем, вцентре России, на Урале и в Сибири есть населённые пункты без электричества, аво многих местах глубинки качество и надёжность электроснабжения несоответствуют не только ГОСТ, но и элементарным требованиям по ведениютоварного хозяйства и нормального быта.
Однакоанализ сложившегося в стране подхода к использованию геотермальной энергииговорит о подспудном ориентировании на концепцию ГОЭЛРО, в частности, этоотносится к разработке Единого государственного плана строительствагеотермальных установок, концентрирующего мощности и централизующего тепло- иэлектроснабжение. Несомненна необходимость разработки Государственного планарыночной электрификации России, основные положения которого иные и они одобрены27 января 2004 г. на постоянно действующем открытом семинаре«Экономические проблемы энергетического комплекса» Институтанароднохозяйственного прогнозирования РАН.
Концепцияплана рыночной электрификации
Включает:
1.Инвестиционное рыночное строительство, эксплуатацию, ликвидацию субъектовэлектроэнергетики и объектов электрики на основе единства федеральных законов,ориентирующихся на приоритет потребителя и опирающихся на ограничения законаинформационного отбора;
2.Постиндустриализация, регулирующая появление и функционирование гигантов электроэнергетикидля мегаполисов и энергоёмких производств, но опирающаяся на средние и малыеэлектростанции, рассредоточенные по России, с оценкой результатов конечногоэнергосбережения по вводу вторичных и возобновляемых ресурсов;
3.Выстраивание ценологического соотношения «крупное-мелкое» в производстве,трансформации, передаче, распределении и услугах по использованиюэлектроэнергии при уведомительном сооружении генерирующих мощностей потребителяс мониторингом оценки результатов по гиперболическому Н-распределению;
4.Восстановление фермерства (кулачества как класса) и мелкого предпринимательствана отдалённых и необжитых территориях с заменой принципа интенсификациисетевого строительства всех классов напряжений на принцип децентрализованногоэлектроснабжения (в особенности для отдалённых и неэлектрифицированныхтерриторий)
5.Введение экономической и иной ответственности энергоснабжающих организаций игарантирующих поставщиков электрической энергии за качество электрообеспеченияпотребителей всех уровней системы электроснабжения в нормальных ситуациях приограничениях по вине субъекта электроэнергетики и при решении вопросовэнергообеспечения в чрезвычайных ситуациях.
Геотермальныйпотенциал России
Руководствуясьположениями ГОРЭЛ и математическими ограничениями закона информационногоотбора, вернёмся к рассмотрению геотермальной энергии, технический потенциалкоторой по России составляет 2950 млн. тут/год. Столь высокий потенциалпозволяет утверждать, что он выше углеводородного. При этом более 20 млн тут/годимеют районы: Северный Кавказ; Западная Сибирь – Алтай – Кузбасс; Восток(включая Якутию, Чукотку, Камчатку, Курилы, Хабаровск, Владивосток). Вместе стем, рассматривая текущее и перспективное производство электроэнергии на основевозобновляемых источников, следует отметить, что геотермальная энергия к началувека от общего количества вырабатываемой электроэнергии не превосходила 0,15% илишь к 2010 г. хотя и увеличится на треть, но не превысит 0,2% с общейвыработкой на уровне 7 ТВтч. Суммарные мировые мощности геотермальных установокв отоплении, производстве электроэнергии, тепличном хозяйстве удвоились с 1995 г.,превысив 15 ГВт в 2000 г. Причём, прогнозы строительства геотермальныхэлектростанций по всему миру – самые благоприятные.
Применительнок России распределение термальных вод по суточному дебиту с температурой 40–200оС и минерализацией до 35 г./л составляет по европейской частиРоссии 1,2 млн м3, по второму району – 10,8, и третьему – 7,2 млн. м3/сут.Термальные воды с температурой 50–200 оС и минерализацией до 10 г./лпо каждому из районов приблизительно вдвое меньше. Таким образом, свышеполовины территории России имеет приемлемый технический потенциал погеотермальной энергии, а если присоединить районы с потенциалом 1–20 млн.тут/год, то речь может идти практически о всей России, исключая Москву иобласти, граничащие с Белоруссией и Украиной. Это означает, что план ГОРЭЛможет быть существенно дополнен в части решения проблем электрификациималообжитых территорий и повышения надёжности электроснабжения (теплоснабжения)той части потребителей, для которых централизованное энергообеспечениеэкономически неприемлемо. Имеются расчёты по экономически целесообразнымгеотермальным ресурсам территории России, оцениваемые для температур 70/20 оСв 44,6 Ттут, в том числе Дальневосточному региону – 8,2 Ттут.
Техническийпотенциал
Чтомы имеем сейчас в отношении оборудования? Основные отечественные производителигеотермального оборудования это ОАО «Геотерм», ориентированные на ГеоТЭСмощностью от 4 до 25 МВт; Калужский турбинный завод, поставляющий ГеоТЭСсредней мощностью 6, 12, 20 и 23 МВт; АО «Наука», предлагающее модульные ГеоТЭСмалой и средней мощности от 0,5 до 20 МВт (российские компании в рамкахпроектов государственной научно-технической программы «Экологически чистаяэнергетика» разработали и организовали серийное производство ГеоЭс мощностью от5 до 20 МВт). В Ставропольском крае «Нефтегазгеотерм» на базе Казьминскогоместорождения геотермальных вод предполагает строительство энергетическойустановки на 500 кВт. Итак, речь не идёт об установках, обеспечивающихэлектрическую мощность на уровне 5–10 кВт. Но для средних и крупных источниковможно говорить о готовности российской промышленности к производствуоборудования и установок на уровне мировых стандартов.
Чтопостроено и ожидается строительством? Здесь, безусловно, впереди Камчатка, гдедесятилетиями (с 50-х годов) речь шла о Паужетской геотермальной электростанции(промышленная выработка началась с 1967 г., когда на Паратунском месторожденииуже действовала опытно-промышленная геотермальная электростанция мощностью 500кВт) установленной мощностью первой очереди 5 МВт (доведённая позднее до 11, ав перспективе до 20 МВт). Ныне имеется Верхне-Мутновская (12 МВт) и МутновскаяГеоТЭС (действует два энергоблока суммарной мощностью 50 МВт) с намечаемойвторой очередью мощностью 100 МВт. На Кунашире действует ГеоЭс 2,6 МВт, апланируют несколько ГеоЭс суммарной мощностью 12-17 МВт. Начато строительствоГеоЭс на Итурупе мощность 6 МВт (с удвоением мощности в ближайшие годы). Напротивоположном конце России в Калининградской области планируется осуществитьпилотный проект геотермального тепло- и электроснабжения города Светлый на базебинарной ГеоЭс мощностью 4 МВт.
Налицоориентирование геоэнергетики на строительство гигантов (не сравнимых, впрочем,с гигантами «большой» энергетики). Представляет интерес использованиегеотермальной энергии для отдельных хозяйств (домов), для сельских (а вотдельных случаях – для муниципальных) школ, больниц, частных магазинов идругих объектов мощностью 0,1–0,4 МВт с использованием геотермальныхциркуляционных систем. Но и в этом случае на примере Ярославля сразу говоритсяо геотермальной станции применительно к пластовым водам с температурой 35–60 оСдля городского микрорайона на 8300 чел. с прилегающим сельским посёлкоммощностью 10,4 МВт. «Ярославгражданпроект» для сельских школ определил мощностьотопления 0,2–0,3 МВт.
Способыполучения геотермальной энергии
Существуетмнение, что использование низкотемпературной геотермальной энергии малых глубинможно рассматривать как революцию в системе теплообеспечения, основанную нанеисчерпаемости ресурса, повсеместности его распространения, близости кпотребителю, возможной локальности полного обеспечения теплотой и электроэнергией,на интеллектуальной автоматизации и интернетизации, на безопасности ипрактической безлюдности добычи геотермальной энергии, экономическойконкурентоспособности, возможности строительства маломощных установок и ихэкологической частоте. Специфика (низкий температурный потенциал теплоносителяна выходе из установки, нетранспортабельность, трудности складирования,рассредоточенность сооружений, а у нас и отсутствие массового выпускаоборудования) не помешали США ежегодно вводить не менее 50–80 тыс. новыхсистем, планируя довести их ежегодное производство до 400 тыс. Успешновнедряется в Швеции, Швейцарии, Канаде, Австрии, Германии низкотемпературнаягеотермальная энергетика. В мире в 2002 г. действовало около 450 тыс.таких систем общей мощностью 2,9 ГВт (тепл.) при средней 10 кВт.
Нельзяне обратить внимание на необходимость использования родниковых вод на местезатопленных после вывода из эксплуатации угольных шахт. Это наблюдается,например, в Кузбассе, где выведено из эксплуатации около 20 шахт и гдезатопление близлежащих посёлков и невозможность обуздать выход вод наповерхность засыпкой грунта порождает социальные и экологические проблемы. Кэтому же классу геотермальных вод относят воды глубинного водопонижения наплощадках крупных металлургических, химических и других заводов; вод приоткрытой разработке рудных и нерудных ископаемых (впрочем, для металлургии этапостановка – новая). Глубинное водопонижение приобретает всё большее значениеиз-за подъёма уровня грунтовых вод и объёмов откачиваемой воды с глубины до 20 м,а в отдельных случаях – ближайшего водного горизонта. При нормальнойэксплуатации угольных шахт и подземных рудников работают системы водоотливатакие, что в ряде случаев приходится устанавливать три группы высоковольтныхнасосов, а вода сбрасывается в естественные водоёмы. Теплота особенно заметназимой, проявляясь в виде тумана.
Имеющиесяразработки утилизации низкопотенциального тепла шахтных вод показывают, чтоможно покрыть потребности горячего водоснабжения, полностью отключая в летнеевремя котельные (2001 г., шахта «Осинниковская», Кузнецкуголь). Оказалось,что себестоимость 1 Гкал тепловой энергии в 2.5 раза ниже по сравнению скотельной шахты. Существовал проект утилизации низкопотенциального тепла водышахты «Зенковская» Прокопьевскуголь мощностью 2,4 МВт, покрывающейкруглогодичную нагрузку системы горячего водоснабжения и базовую нагрузкуотопления. Что касается экономической стороны использования геотермальнойэнергии, то можно говорить о стоимости электроэнергии для геотермальныхэлектростанций на 2005 г. на уровне 4–8 цент/кВтч при удельных капитальныхвложениях не свыше 2000 долл./кВт. Если соотнести эти величины сдизельэлектростанциями на жидком топливе, малыми и микроГЭС,ветроэлектростанциями, ветродизельэлектростанциями, то можно вполне говорить оконкурентоспособности геотермальной энергетики.
Чтокасается фотоэлектрических станций, то сейчас они дороже, хотя безусловно этонаиболее развивающаяся область, имеющая в будущем приоритетные перспективы. Безруких П.П.утверждает [5,6], что усреднённые максимальное и минимальное значения стоимостиэлектроэнергии от электростанций на возобновляемых источниках энергии иразличных видах топлива, определённые в 1997 г., находятся в тех жепределах и в 2003 г.
Такимобразом, теоретические разработки и практическая база выпуска оборудования,строительства и эксплуатации геотермальных установок дают возможности ввестиэтот вид получения тепла и электричества в общий энергетический баланс погороду, региону, стране. Однако, переходя к региону и отдельным территориям,необходимо так выстраивать гиперболическое Н-распределение, чтобы выдерживаласьценологическая гармоничность всего ряда генерирующих мощностей«крупное-среднее-мелкое» [2,7]. Проверка должна выделять аномальные области последующим параметрам: генерирующий ряд, протяжённость сетей по классамнапряжения, генерирующий ряд при аварийных и чрезвычайных ситуациях. Учитывая,что возобновляемые источники по величине мощности и годовой (суточной)выработке тепла и электроэнергии могут попадать в один кластер, разделение ихследует производить, опираясь на многомерный ценологический анализ спривлечением, естественно, экономических критериев.
ОсуществлениеГосударственного плана рыночной электрификации России невозможно без решениявопросов, касающихся возобновляемой энергетики, и прежде всего с точки зренияобеспечения безопасности страны. Без использования возобновляемых источниковнельзя удовлетворительно решить энергоснабжение районов Крайнего Севера иприравненных к ним территорий; районов, не связанных сетями общего пользования;повысить до цивилизованного уровня надёжность и качество электроснабжениярегионов, дефицитных по электрической энергии и органическим ресурсам; улучшитьэкологическую обстановку по стране (в том числе обеспечить решение проблем,связанных с Киотским протоколом, прежде всего в части эмиссии парниковыхгазов), обеспечения аварийного энергоснабжения, специальных объектов, а такжеобъектов сферы образования, культуры, услуг.
Сточки зрения потребителя, ориентирующегося на собственные возобновляемыеисточники, необходимо законодательно решить ряд проблем: 1) выдачу техническихусловий на технологическое присоединение к сетям электроэнергетики; 2)заявительное, а не разрешительное присоединение на параллельную работумощностей до 10–100 кВт; 3) обязательный приём энергосистемой излишковвырабатываемой электрической мощности и её оплаты.
Наконец,главное. Во всех странах мира развитие возобновляемых источников осуществляетсяпри поддержке государства. Это объясняется стартовой величиной затрат наоборудование. Речь, таким образом, идёт о лизинге, обеспечивающем получениеэлектроэнергии (тепла) без затраты органического топлива. Нельзя не иметь ввиду, что эксплуатационные затраты начинает нести собственник ГеоТЭС.
Развитиеиспользования возобновляемых источников невозможно без разработки и принятияФедерального закона «О возобновляемых источниках энергии», включая подзаконныеакты (в том числе и по геотермальным источникам). Назрела необходимость и вопределении федерального органа исполнительной власти, отвечающего за развитиеиспользования вторичных и возобновляемых источников энергии в субъектахРоссийской Федерации.