Концепция комплексного энергетического развития до 2020 г.

Оптимизация развития
энергетических систем
Основная задача развития энергетических систем – обеспечение качественного и надежного энергоснабжения существующих и будущих потребителей
Вариантов развития, обеспечивающих качество
и надежность, может быть бесчисленное множество. Соответственно, задача оптимизации – обеспечение развития с минимальными совокупными приведенными затратами. Она не может быть решена путем простого сложения перспективных планов организаций, владеющих отдельными элементами системы.

Комплексная схема энергоснабжения
Котельные
ТЭЦ
Потребление электроэнергии
Потребление тепла
Технологическое сжигание
Теплосети
Топливо
Электрические сети
ТЭС
пиковые
Поселения и промузлы
Месторождение
углеводородов
ГЭС
АЭС
ТЭС

Основные принципы оптимизации
Приоритет надежности
Планирование от потребителя
Учет высвобождаемой мощности
Создание пиковых электростанций
Развитие когенерации
Взаимоувязка энергетических планов

1. Надежность
Максимумы потребления топлива, тепла и электроэнергии совпадают и приходятся на самые холодные периоды.
Одновременно накладываются друг на друга:
Ограничения по поставке природного газа (при снизившихся за последние годы объемах резервирования другими видами топлива);
Перегрузка электросетей и трансформаторных мощностей (из-за уплотнения застройки и электроотопления);
Ограничения по пропускной способности тепловых сетей (из-за вводимых ограничений температуры теплоносителя и отсутствия регуляторов расхода у потребителя).
Наиболее тяжелый сценарий для российских условий – прекращение теплоснабжения в период сильных похолоданий из-за аварий на крупном энергоисточнике или магистральных тепловых сетях, а также из-за значительных нарушениях газо- или электроснабжения.

1. Надежность
Взаимосвязь не резервируемых систем тепло-, электро- и газоснабжения
Коэффициент надежности:
Китог = Кгаз * Кэлектр * Ктепл
газ
Электроэнергия
Тепловая энергия
Нормальное функционирование
Аварийная ситуация
при проблемах с одним из энергоресурсов
газ
Электроэнергия
Тепловая энергия
газ
Электроэнергия
Тепловая энергия
газ
Электроэнергия
Тепловая энергия
Первичная
авария
Развитие
аварии
Ограничения
Энергоисточники

1. Надежность
Пример г. Москвы .
Основные проблемы возникают при достижении температуры наружного воздуха величины близкой
к расчетной –28 °С, что видно на примере холодной зимы 2006 г.:
снизилось давление газа во внешнем кольце до 12 кг/см2;
расход теплоносителя в тепловых сетях ТЭЦ был близок
к предельно возможному и достигал 320 тыс. м3/ч;
потребление электрической мощности возросло
до предельно возможных размеров и составило
16 000 МВт, при введенных отключениях на 500 МВт
Серьёзное повреждение в любой системе тепло-, газо-, электроснабжения могло привести к системной аварии охватывающей весь город.

Надежность
Результаты расчета варианта полного отключения ТЭЦ -21 Мосэнерго
Только 13-15% всех потребителей с нагрузкой около
500 Гкал/ч будут функционировать в режиме 75% обеспеченности теплом для целей отопления
47-50 % всех потребителей будут функционировать в режиме 50% обеспечения теплом на цели отопления (горячее водоснабжение и вентиляция этих потребителей будет отключена)
Остальные 30-35% потребителей будут функционировать в режиме полного отключения теплоснабжения.

Надежность
Электропотребление в период развития аварии
Оценка прироста электропотребления в зоне действия системы теплоснабжения ТЭЦ-21 Мосэнерго
Через 14-16 ч необходимо начинать отключение электроснабжения потребителей, в том числе жилые дома (для предотвращения пожаров
и перегрузки трансформаторов), но фактически отключения начнутся сразу после аварии из-за общей перегрузки энергосистемы.

1. Надежность.
Резервирование тепла электроэнергией
6%
1037 млрд
кВтч
Годовой объем потребления в РФ
Тепловая энергия
Электро-
энергия
150 ГВт
Пиковая мощность
Тепловая мощность
Электрическая мощность
В целом по стране установленная электрическая мощность 218,5 ГВт, из них около 20 ГВт в ремонте и консервации.
Пиковое потребление составляет 150 ГВт, таким образом
в резерве имеется примерно 50 ГВт.
Этого резерва электрической мощности достаточно для компенсации только 6% тепловой мощности.
2:1
5:1

Надежность
Необходимые решения при планировании развития энергосистем городов
Сетевое резервирование энергоисточников;
Восстановление/создание систем резервного топлива на крупных котельных;
Создание автономных источников электрической мощности для безусловного обеспечения работы котельных и теплофикационного оборудования ТЭЦ;
Организация работы по анализу фактических показателей надежности энергосистем, их взаимовлияния, сценариев возможных комплексных аварий и мер повышения надежности до нормативного уровня;
Мониторинг уровня надежности энергоснабжения городов

2. Планирование от потребителя
Плата за подключение
Введение платы за подключение к электрическим
и тепловым сетям привело к резкому повышению уровня энергоэффективности строящихся объектов. При составлении прогнозов энергопотребления необходимо учитывать современные удельные расходы энергии.
Полезно введение платы за подключение
к тепловым сетям во всех городах, а также распространение ее на подключение к сетям газоснабжения, вместо непрозрачной процедуры выдачи конкретных технических условий.
Варьируя плату за подключение к разным видам энергоресурсов по городским районам можно стимулировать разные виды обеспечения теплом: ТЭЦ, локальные котельные или индивидуальные теплогенераторы.

2. Планирование от потребителя
Строительство собственных энергоисточников
По данным ИНЭИ в 2006 году:
Импорт электрогенерирующих установок
на базе поршневых двигателей единичной
мощностью более 300 кВт составил 732 МВт
Российское производство 264 МВт
Вводы ГТУ ТЭС мощностью до 20 МВт 266 МВт
Итого 1262 МВт
Часть этой мощности используется как резервная, часть приобрели энергокомпании.
Надо учитывать также вводы ГТУ и ПТУ ТЭС мощностью более 20 МВт, строящиеся крупными потребителями или инвесторами-застройщиками
Реально ввод работающих электростанций непосредственно у потребителей составляет
около 1 ГВт в год.

3. Учет высвобождаемой мощности
Потенциал высвобождаемой электрической мощности
В Энергетической стратегии России существующее энергопотребление рассматривается как неизменное, что противоречит принятому курсу на повышение энергоэффективности.
Даже по скромным оценкам применительно к пиковому потреблению электрической мощности:
Снижение потерь в электрических сетях на 5% высвобождает 7 ГВт
Введение рынка мощности и снижение вечерних пиков ……... 10 ГВт
Экономия в конечном потреблении ……………………………… 13 ГВт
Ограничение электроотопления
или переход на теплоаккумуляторы …………….………………….5 ГВт
Итого к 2020 году 35 ГВт.
При этом важно, что электрическая мощность высвобождается непосредственно в центре нагрузок.

3. Учет высвобождаемой мощности
Электроотопление на примере г. Москвы
В период похолоданий возрастают объёмы использования электронагревательных приборов, и как следствие – рост доли прямого электроотопления.
В среднем похолодание на 1 °С в Московском регионе приводит
к увеличению нагрузки на 112 МВт (2009 г.), в 1990 г. эта величина составляла 37 МВт.
Зависимость потребления электрической мощности Московского региона от температуры наружного воздуха
Потребление мощности на электроотопление
при расчетной температуре

3. Учет высвобождаемой мощности
Электроотопление
В среднем на Европейской части России похолодание на 1°С приводит к росту потребления электрической мощности
на 0,6%, т.е. в структуре пикового потребления электроотопление составляет более 20%.
Необходимо принять меры по контролю качества теплоснабжения и введению экономической ответственности теплоснабжающих организаций или управляющих компаний через компенсацию жителям затрат на электроотопление.
Также большой резерв в ограничении неоформленного использования электроэнергии на обогрев гаражей, дач, торговых павильонов, складов и т.д. Перевод их на теплоаккумуляторы позволит не только снизить пиковую нагрузку, но и увеличить ночное потребление. Результат отмены ранее действовавших ограничений на электроотопление – выросшие на порядок продажи мощных электронагревательных приборов.

3. Учет высвобождаемой мощности
Теплоаккумуляторы
Моделирование применения теплоаккумуляторов
в Москве дало следующий результат:
Теплоаккумулятор (теплонакопитель) – это электроотопительный прибор, работающий по принципу аккумуляции тепла. Он потребляет энергию только ночью, во время действия "ночного" тарифа на электроэнергию и «провалов» в потреблении электроэнергии, а отдает тепло равномерно круглые сутки.
Модель суточного график потребления электрической мощности Московским регионом за 20.01.06 г. при использовании для электроотопления аккумуляторов тепла и без них

3. Учет высвобождаемой мощности
Экономические механизмы
Стимулирует высвобождение мощности:
Повсеместное введение двухставочных тарифов со ставкой за мощность (даже на уровне квартир)
Реальное введение многозонных тарифов и рынка мощности
Упрощение и формализация процедуры перераспределения высвобожденной мощности в пользу третьих лиц для повторного использования
Введение обязательности покупки сетевыми компаниями реально высвобожденной мощности в зонах ее дефицита по регулируемым ценам
Разрешение сетевым организациям использовать плату за подключение на высвобождение мощности (снижение потерь, регулирование режимов)

3. Учет высвобождаемой мощности
Экономические механизмы
Доступность современных товаров и материалов, повышение цен на энергоносители и рыночная экономика уже способствуют повышению энергоэффективности. Достаточно сказать, что суммарное теплопотребление в последние годы снизилось несмотря на рост экономики и новое строительство. Электропотребление в быту также не увеличивалось (росло в сфере услуг).
Комплексом экономических мер можно стимулировать высвобождение мощности в первую очередь в зонах ее дефицита, т.е. синхронизировать процессы высвобождения мощности и продажи ее для повторного использования.
Уровень необходимого программного задания по повышению энергоэффективности в каждом конкретном городе может рассчитываться исходя из объемов необходимого высвобождения мощности для развития промышленности и нового строительства

3. Учет высвобождаемой мощности
Схема перераспределения высвобождаемой электрической мощности
.

4. Пиковые энергоисточники
При отсутствии мер регулирования, величина пикового зимнего максимума потребления электрической мощности в 2009 г. практически не снизилась, хотя общее электропотребление уменьшилось весьма значительно из-за кризиса.
Введение рынка мощности также не улучшит ситуацию кардинально. В холода включаются все электронагреватели.
Не существует более дешевого способа обеспечения пиковых нагрузок (до 100 ч в год), чем создание пиковых электростанций, размещаемых в центрах нагрузок.

4. Пиковые энергоисточники
Для удешевления пиковые источники можно обеспечивать только жидким топливом, т.к. в холода сетевого газа все равно не хватает. Возможно использование отечественного оборудования, т.к. критериям надежности оно соответствует, может работать на менее качественном топливе, чем импортные аналоги, а КПД для пиковых источников величина не принципиальная.
Возможно использование пиковых источников, как резервных, для обеспечения жизнедеятельности городов при масштабных энергетических авариях. Также при создании централизованной системы обслуживания и управления
существующими резервными
электростанциями возможно
использование их в качестве пиковых
(через отключение части нагрузок
от общей системы).
Введение рынка мощности будет
способствовать появлению пиковых
энергоисточников с большим числом
часов использования непосредственно
у потребителей.
Пример графика нагрузки предприятия
с использованием блок-станций
в режиме срезания пика.

4. Пиковые энергоисточники
Возможные объемы внедрения
Резервные/пиковые на ТЭЦ (АИМ) обеспечивающие пуск с «0» и аварийную работу пиковых котлов
и сетевых насосов 3 ГВт
Резервные/пиковые на центрах питания 5 ГВт
Резервные/пиковые у крупных потребителей 2 ГВт
Резервные/пиковые у потребителей 2 ГВт
ИТОГО 12 ГВт до 2020 г.

5. Оптимизация систем теплоснабжения
Основные принципы
Замена конкуренции построенных мощностей на конкуренцию проектов
Переход на двухставочные тарифы с легализацией фактических нагрузок
Консервация или ликвидация излишних мощностей
Выделение зон централизованного теплоснабжения и нецентрализованного газового отопления, ограничение конкуренции двух естественных монополий
Создание реестра систем ЦТ, инвестиционно-привлекательных для развития когенерации
Плановый перевод котельных в пиковый режим работы
Вовлечение во вторичный оборот высвобожденной мощности

5. Оптимизация систем теплоснабжения Когенерация
В российских условиях нет однозначного преимущества ПГУ ТЭЦ перед паротурбинными ТЭЦ с высокими параметрами пара. Все определяется необходимым соотношением тепловой и электрической мощности и оптимальным распределением тепловой нагрузки между энергетическими блоками, пиковыми котлами ТЭЦ и котельными
Наибольший экономический эффект дает ликвидация котельных с передачей нагрузки на ТЭЦ, либо перевод котельных в пиковый режим работы
Требуется проработка проектов дальнего транспорта тепла от ГРЭС и АЭС
В России имеется гигантский природный потенциал для развития когенерации, и даже созданы системы транспорта тепла, работающие пока от котельных. Сложность выделения коридоров для прокладки тепловых сетей является основным препятствием для развития когенерации во многих странах.
Системы централизованного теплоснабжения от котельных экономически целесообразны только в зонах избытка дешевой электроэнергии от ГЭС и АЭС.
Замещение котельных когенерацией обычно не означает их надстройку. Котельная может переводиться в пиковый режим работы с новой ТЭЦ, работая с ней на общие сети.
При плановой подготовке сетевой инфраструктуры для новых ТЭЦ (через инвестпрограммы сетевых организаций) темпы их строительства можно регулировать. Возможно появление большого количества малых ТЭЦ.

5. Оптимизация систем теплоснабжения
Энергосбережение
Потенциал энергосбережения в теплоснабжении огромен. Реально возможно высвободить к 2020 г. до 50 млн т у.т.
Половины сэкономленного топлива достаточно для обеспечения выработки электроэнергии на предполагаемых к строительству в данной концепции ТЭЦ суммарной мощностью 30 ГВт.

6. Оптимизация систем электроснабжения
Основная задача – оптимизация размещения и структура источников, сетевая оптимизация возможна только при решении первичной задачи.
Для каждого поселения важны исследования структуры потребления электрической мощности, особенно в пиковой период. Это дает возможность вводить меры управления пиковым потреблением и планировать размещение пиковых источников.
Потенциал строительства и высвобождения электрической мощности в поселениях и промузлах очень велик:
Высвобождение мощности 35 ГВт
ТЭЦ потребителей 10 ГВт
Пиковые электростанции 12 ГВт
Городские ТЭЦ 20 ГВт
ИТОГО 77 ГВт
Этой мощности вполне достаточно
для развития экономики России до 2020 г.

7. Энергетическое планирование
Решение о строительстве новой электростанции может быть принято сегодня на нескольких уровнях:
предприятия, решившего построить собственную ТЭЦ;
инвестора, для обеспечения энергоснабжения строящегося комплекса зданий;
предприятия теплоснабжения, с надстройкой существующих котельных;
муниципалитета, по процедуре разработки программ комплексного развития инженерной инфраструктуры (210-ФЗ);
региона в соответствии с территориальным планированием (Градостроительный кодекс и постановление Правительства № 823);
генерирующей компании;
государства, через утверждение генеральной схемы.
Строительство котельных вообще напоминает стихийный процесс.
Неувязанность энергетических планов или их отсутствие приводит к общесистемной неэффективности, избытку мощностей на некоторых территориях и нехватке ее в других.

7. Энергетическое планирование
Увязка энергетических планов
Не выполняются расчеты взаимовлияния и комплексной надежности систем тепло-, электро-, водо– и газоснабжения. Отсутствуют критерии надежности и государственный контроль за их фактической величиной.
Полностью отсутствует система приоритетов при получении разрешения на пользование газом. Энергоисточник может быть учтен во всех энергетических планах и не получить лимитов на газ, но они могут быть выданы под незапланированные котельные или ТЭЦ.
Представляется целесообразным объединить в одном федеральном
органе функции разработки методологии энергетического планирования; увязки энергетических планов между собой и с программами энергосбережения; контроля системной надежности; утверждения топливных режимов (видов топлива) и нормативов потерь.
Было бы также полезно возродить систему подконтрольных государству головных институтов, ответственных за разработку отраслевой энергетической политики; мониторинг уровня энергетической безопасности в городах и регионах; экспертизу их энергетических планов.