Распределенная (децентрализованная) и ВИЭ-энергетика должны развиваться

В ходе мероприятия выступили: Варфоломеев С. Д., член-корреспондент РАН, д.х.н., научный руководитель института биохимической физики имени Н. М. Эмануэля РАН; Коныгин Е. А., председатель Подкомитета по энергоэффективности и возобновляемой энергетике Комитета РСПП по энергетической политике и энергоэффективности; Редько И. Я., д.т.н., профессор, заместитель генерального директора ФГУП «Федеральная энергосервисная компания» Минэнерго России; Либет А. А., к.ю.н., член Общественного совета Минпромторга РФ (заместитель председателя), член Общественного совета Министерства энергетики РФ; Ливинский А. П., к.т.н., заместитель генерального директора ООО «ГПБ — Энергоэффект»; Гудко А. Н., главный редактор журнала С.О.К.; Мельников В. М., д.т.н., профессор, академик Российской академии космонавтики имени К. Э. Циолковского (РАКЦ) и Международной академии информатизации, главный научный сотрудник ФГУП «ЦНИИмаш»; Николаев В. Г., д.т.н., директор Научно-информационного центра «Атмограф»; Оськин В. В., председатель правления НК РЧК; Перминов Э. М., к.т.н., технический директор корпорации «ЕЭЭК», вице-президент Международной энергетической академии, член Бюро, председатель секции «Возобновляемая и нетрадиционная энергетика «НТК НП «НТС ЕЭС», заместитель председателя программного комитета REENFOR’2015.

Работе Секции предшествовало обсуждение рассматриваемых проблем на следующих совещаниях:

• круглый стол «Подготовка кадров для энергетики: современное образование» в рамках Сибирского энергетического форума (28 ноября 2013 года);
• круглый стол Консультативного Совета при Председателе Комитета Государственной Думы по энергетике ФС РФ с участием РАН, Общественной палаты РФ, НП «НТС ЕЭС», НИУ МЭИ, ФГУП «ФЭСКО», ведущих научно-исследовательских и учебных институтов на тему «Кадровое, научное, учебно-методическое, информационное и нормативно-правовое обеспечение развития распределённой энергетики» (24 октября 2014 года);
• расширенное заседание Консультативного Совета при Председателе Комитета Государственной Думы по энергетике ФС РФ с участием Минобрнауки России, РАН, Общественной палаты РФ, ТПП РФ, РСПП, НП «НТС ЕЭС», крупных энергетических компаний и ведущих научно-исследовательских и учебных институтов на тему «Современные проблемы в сфере образования и науки. Реализация Энергетической стратегии России на период до 2035 года в условиях экономических санкций за счёт эффективного использования человеческого капитала» (27 февраля 2015 года).

Анализ тенденций развития энергетики в России и мире позволил сделать вывод, что для успешного её развития необходима реализация множественных задач, обеспечивающих повышение эффективности и надёжности систем энергоснабжения

Участники Секции отметили, что в процессе развития энергетики России выявлен целый комплекс системных проблем, которые отрицательно влияют на её эффективность и темпы модернизации. Анализ тенденций развития энергетики в России и мире позволил сделать выводы, что для успешного её развития необходима реализация задач, обеспечивающих повышение эффективности и надёжности системы энергоснабжения. При этом целесообразно решение следующих основных задач:

1. Обеспечение единой стратегии и научно-технической политики.

2. Создание, обеспечение доступного информационно-аналитического, нормативно-правового и нормативно-технического поля развития энергетики.

3. Разработка комплексной Программы развития энергетики в Российской Федерации на период до 2035 года, включая действующие федеральные, ведомственные и региональные программы и постановления по данному вопросу с синхронизацией их выполнения по срокам и средствам. Сама Программа по существу должна стать аналогом плана ГОЭЛРО (Государственная электрификация России).

4. Объединение профессиональных энергетиков в единую структуру на основе реализации конкретных амбициозных планов развития энергетики;

5. Консолидация в рамках национального Фонда инновационного развития ТЭК финансовых средств различных ведомств и компаний, направленных на создание «точек роста», в том числе на финансирование региональных энергетических и инфраструктурных проектов.

6. Разработка дорожной карты по развитию энергетики в целом и распределённой энергетики с использованием традиционных, местных и возобновляемых энергоресурсов.

7. Подготовка и представление в Правительство Российской Федерации предложений по демонстрационным и пилотным проектам в регионах, на территории которых будут реализованы федеральные и региональные программы по развитию рынка распределённой (децентрализованной) энергетики.

8. Устранение законодательно-ведомственной разобщённости по вопросам развития энергетики;

9. Развитие системы опережающей подготовки и повышения квалификации научных, инженерно-технических и управленческих кадров.

10. Проведение жёсткого контроля выполнения целевых показателей единой комплексной Программы развития энергетики в Российской Федерации, в том числе ФЦП, региональных программ и соответствующих распоряжений Правительства РФ. Только при таком комплексном подходе и объединении усилий всех энергетиков страны можно достигнуть желаемых результатов. Поэтому главной целью работы Секции является координация работы по достижению вышеперечисленных целей и задач, прежде всего по развитию распределённой (децентрализованной) энергетики;

11. Активизировать работу по популяризации и продвижению идей, положенных в основу решаемых в рамках работы Секции основных задач. Привлекать для этой цели отраслевую прессу, а также отраслевые мероприятия, формат которых позволяет дополнительно привлекать высокопрофессиональных специалистов в качестве экспертов. В частности, использовать для распространения информации все медиаплощадки журнала С.О.К.: а) ежемесячную бумажную версию, б) подразделение «С.О.К. — Конференции», в) высокопосещаемый сайт www.c-o-k.ru (3000-4000 уникальных посетителей в сутки), уделяющий значительное внимание темам энергосбережения, энергоэффективности и альтернативной энергетике.

Экспертным сообществом при Комитете Государственной Думы по энергетике ФС РФ была проделана конкретная работа в части нормативно-правовой деятельности, в том числе в создании системных основ развития распределённой энергетики как самостоятельной отрасли в ТЭК и реализации условий для масштабирования региональных проектов с использованием многофункциональных энерготехнологических комплексов как основы автономных систем энергоснабжения удалённых регионов России.

Это обусловлено, что в России, в силу особых климатических и географических условий и самодостаточности энергоресурсами, с одной стороны, страна «обречена» на развитие малой энергетики с использованием многофункциональных энерготехнологических комплексов на базе гибридных энергоустановок модульного типа, с другой стороны, становление и развитие возобновляемой энергетики будет происходить через развитие уже существующей малой энергетики. Так как, поднимая уровень развития малой энергетики с использованием ВИЭ, мы создаём хорошую основу для развития возобновляемой энергетики большой мощности.

Проект МЭК направлен на решение проблем малой энергетики, а также смежных вопросов в области снижения загрязнения окружающей среды отработавшими газами поршневых ДВС.

Малая энергетика — сектор экономики, обеспечивающий энергией регионы России, не охваченные централизованным энергоснабжением. Малая энергетика обеспечивает условия жизни и деятельности более 20 млн граждан, многие ключевые для страны виды добывающей промышленности на 70 % её территории. Её доля в топливно-энергетическом балансе страны в 2005 году составляла 10 % вырабатываемой электроэнергии РФ и 26 % вырабатываемого тепла. В сфере малой энергетики занято около двух миллионов человек обслуживающего персонала.

К малой энергетике относятся источники электроэнергии и тепла мощностью до 30 МВт. Базой малой электроэнергетики является около 50 тыс. энергоустановок на базе двигателей внутреннего сгорания, из них около 47 тыс. дизельных суммарной установленной мощностью 17 млн кВт (8 % суммарной установленной мощности электростанций страны) и 3000 газотурбинных. Средняя единичная мощность малых электростанций составляет 340 кВт. Суммарная выработка электроэнергии — 50 млрд кВт-ч/год, суммарное потребление топлив — 17 млн тонн условного топлива в год.

Технические решения, заложенные в конструкцию ДВС-электростанции, практически исчерпали возможности дальнейшего повышения её энергетической эффективности, а решение проблем в области малой энергетики необходимо перенести с традиционной компоновки АСЭС на новую концепцию развития. Эта концепция рассматривает автономные системы энергоснабжения, которые состоят из различных видов источников энергии, использующие всё многообразие местных энергетических ресурсов, направленных на удовлетворение нужд населения и производства в электрической энергии, тепле и различных видах моторных топлив. К наиболее высокому уровню развития таких систем можно отнести многофункциональные энерготехнологические комплексы модульной типа на базе гибридных энергоустановок. Под многофункциональностью следует понимать возможность такого комплекса производить из местных топливно-энергетических ресурсов моторные топлива, электрическую и тепловую энергию.

Использование местных энергоресурсов позволит решить многие вопросы энергоснабжения, «северного завоза», улучшить социально-экономическую и экологическую обстановку.

Создаваемые многофункциональные энерготехнологические комплексы призваны обеспечить решение следующих проблем:

• существенно повысить энергоэффективность автономных систем энергоснабжения;
• достигнуть устойчивого развития децентрализованных регионов России;
• вовлечь возобновляемые источники энергии, местные виды ТЭК в топливный и сырьевой баланс России;
• сделать электростанции независимыми от вида топлива, обеспечивая практически полное сжигание (многотопливность);
• улучшить экологическую ситуацию в регионах размещения МЭК.

Такое понимание развития малой и возобновляемой энергетики предполагает необходимость разработки её новой Концепции.

Суть новой Концепции развития малой и возобновляемой энергетики заключается в следующем:

• в реализации многофункциональности, многотопливности, модульного построения автономных систем энергоснабжения, в использовании ВИЭ, местных энергоресурсов и сбросового тепла;
• в разработке и реализации единого обобщённого универсального унифицированного типового проекта, который отвечал бы современным техническим требованиям, предъявляемым к автономным системам энергоснабжения (АСЭС);
• в согласованности характеристик энергетических модулей, в том числе ДВС, силовых генераторов, ВИЭ-модулей, потребителя нагрузок и др. модулей (известно, что технические решения, заложенные в конструкцию ДВС-электростанций, которые являются основой развития малой энергетики, исчерпали свои возможности для дальнейшего повышения их энергетической эффективности).

Применение МЭК в составе АСЭС позволит не только оптимизировать режимы её работы с использованием ВИЭ, но и перейти на её новую конструктивнокомпоновочную схему с многоканальным распределением энергетических потоков различной физической природой.

МЭК является той основой, которая позволит объединить все энергетические установки, предназначенные для производства, прежде всего, моторных топлив, электрической и тепловой энергии. Это объединение должно выполняться в соответствии с мощностным рядом МЭК с использованием серийно выпускаемых энергоустановок и на основе оптимального согласования технических характеристик всех элементов АСЭС по максимуму её полного КПД.

Применение МЭК в составе АСЭС позволит не только оптимизировать режимы её работы с использованием ВИЭ, но и перейти на её новую конструктивно-компоновочную схему с многоканальным распределением энергетических потоков различной физической природой

МЭК — это более высокая степень обобщения по отношению к любому типу энергоустановок малой мощности. Поэтому любая автономная система энергоснабжения, в основе которой лежит какое-то сочетание объектов малых и возобновляемой энергетики, всегда будет более частным случаем по отношению к АСЭС на основе обобщённого МЭК. МЭК — это более высокий уровень развития объектов малой и возобновляемой энергетики. Так как в основе его построения заложены новые конструктивнокомпоновочные решения и методы оценки его энергетической эффективности.

Результаты исследования энергетического процесса такого комплекса позволят разработать математическую модель обобщённой АСЭС. Она направлена на совершенствование и расширение возможностей повышения энергетической эффективности автономных систем энергоснабжения удалённых регионов Российской Федерации.

При разработке этой модели может быть применён разработанный нами дифференцированный метод оценки энергетической эффективности использования энергоресурсов в автономных системах энергоснабжения. Суть этого метода заключается в том, что автономная система может быть представлена в виде технологической схемы обобщённого многофункционального энерготехнологического комплекса на базе гибридных энергоустановок (МЭК) и множества каналов поступления и потребления энергии различной физической природы. В свою очередь, МЭК — это комплекс, состоящий из набора базового источника в виде многотопливной электростанции и возобновляемых источников энергии в виде солнечных, ветряных и гидроэнергетических установок и т.п.

Технологическая схема АСЭС была построена при этом на основе логического анализа, состоящая из трёх подсистем: подсистема факторов внешних условий; подсистема общих конструктивно-компоновочных решений; подсистема энергетических и эксплуатационных свойств АСЭС. Между этими подсистемами и элементами системы установлены энергетические связи.

Следует отметить, что к подсистеме факторов внешних условий относятся прежде всего климатические условия — температура, плотность и влажность воздуха, показатели качества энергоресурсов, в том числе теплота сгорания различных топлив, потенциал ВИЭ, график нагрузок потребителей и многое другое.

К подсистеме общих конструктивнокомпоновочных решений относятся типы МЭК и энергоустановок, элементы системы: ДВС, генераторы, редукторы, каналы передачи энергии и многое другое.

К подсистеме энергетических и эксплуатационных свойств АСЭС относятся показатели качества электрической и тепловой энергии, мощность системы, ДВС, источников возобновляемой энергии, модулей для производства моторного топлива, системы утилизации тепла, силовых генераторов, трансмиссий электростанции, преобразователей частоты, аккумуляторов энергии; частота вращения ДВС, источников возобновляемой энергии, силовых генераторов, трансмиссий электростанции; момент ДВС и основных модулей; часовой и удельный расходы топлива ДВС, основных модулей и АСЭС; стоимость одного киловатт-часа, вырабатываемого ДВС, основных модулей и АСЭС; КПД АСЭС, модулей и каналов передачи мощности к потребителям; коэффициент использования мощности АСЭС и модулей; коэффициенты распределения мощности АСЭС между модулями и потребителями; массогабаритные показатели АСЭС и модулей и другие показатели.

Особенностью разработки математической модели АСЭС заключается в том, что математическое описание энергетических связей между элементами представлено таким образом, чтобы оптимизация режимов работы системы происходила по максимуму её полного КПД в зависимости от коэффициента распределения мощности на входе или на выходе этой системы. При этом оценка энергетической эффективности каждого элемента системы может быть представлена в виде его КПД в зависимости от распределения мощности между каналами её передачи, режимов работы и его характеристик.

Малая энергетика — сектор экономики, обеспечивающий энергией регионы России, не охваченные централизованным энергоснабжением. Малая энергетика обеспечивает условия жизни и деятельности более 20 млн граждан. Использование местных энергоресурсов позволит решить многие вопросы энергоснабжения, «северного завоза», улучшить социально-экономическую и экологическую обстановку

Используя эту модель, можно получить следующие результаты:

• обосновать тип МЭКа в конкретных условиях его эксплуатации;
• получить методику определения оптимальных параметров АСЭС любого типа;
• разработать систему критериев её энергетической эффективности.

Математическая модель МЭК позволяет следующее:

• оптимизировать с единых позиций технологические и энергетические процессы при работе АСЭС любого типа;
• наметить и реализовать пути повышения эффективности автономных систем благодаря обоснованию оптимальных общих конструктивно-компоновочных решений и оптимизации скоростных и силовых режимов;
• дать комплексную оценку последствий принимаемых решений в части формирования эксплуатационных характеристик АСЭС;
• определить качества существующих АСЭС и предпочтительные условия их использования.

Группа учёных разработала не только математическую модель обобщённой автономной системы энергоснабжения со множеством каналов передачи энергии различной физической природой к потребителю, но и основные технические требования по созданию интеллектуальной АСЭС. При этом эти требования могут быть использованы для расширения возможностей повышения энергетической эффективности энергосистем различных уровней, которые заключаются в следующем:

• объединение на основе технологической схемы систем генерации, электрических сетей, потребителей электроэнергии, тепла и топлив в единую автоматизированную систему;
• сквозной энергетический анализ и контроль, количественная и качественная оценка энергетического процесса производства, передачи и потребления электроэнергии, тепла и моторных топлив в реальном масштабе времени;
• использование в составе математической модели интеллектуальной АСЭС различных характеристик, показателей и параметров её элементов, полученных за счёт применения, в том числе ГИС ТЭК и ГИС промышленности;
• управление (оптимизация) режимов работы и показателями качества всех элементов АСЭС «различные виды топлива — элементы системы генерации электроэнергии и тепла — элементы системы передачи и распределения электроэнергии и тепла — элементы системы потребления электроэнергии и тепла»;
• мониторинг, контроль и оптимизация параметров и режимов работы АСЭС в удалённых регионов России, на основе которых принимаются оптимальные управленческие решения по повышению эффективности работы подотрасли малой энергетики, а также на стадии проектирования в зависимости от местных условий эксплуатации энергоустановок рекомендуется обоснованный их выбор.

Таким образом, математическая модель обобщённой АСЭС позволяет разработать не только методику по определению оптимальных параметров МЭК, но и создать основу для создания интеллектуальной АСЭС. Достоинства такой модели заключаются, прежде всего, в том, что оптимальные параметры АСЭС определяются в автоматическом режиме в реальном масштабе времени при наличии количественных характеристик внешних условий. Степень детализации по определению параметров любого элемента системы будет зависеть от формулы по установлению КПД того или иного элемента и научно-обоснованных допущениях. Например, если поршневая электростанция эксплуатируется в широком диапазоне изменения частоты вращения, то, безусловно, необходимо учитывать влияния частоты вращения генератора на потери в стали, подшипниках, вентиляции и т.п.

Следовательно, МЭК является основой развития малой и возобновляемой энергетики на территории Российской Федерации.

Область применения МЭК:

• удалённые регионы России;
• автономные системы энергоснабжения на территории Российской Федерации;
• установка МЭК на концах длинных электрических линий с целью снижения электрических потерь;
• резервное энергоснабжение различных объектов.

Следует привлекать для этой цели отраслевую прессу, а также отраслевые мероприятия, формат которых позволяет привлекать специалистов в качестве экспертов. В частности, использовать для распространения информации все медиаплощадки журнала С.О.К.

Заслушав и обсудив доклады (программа прилагается — Приложение 1), участники Секции решили:

1. Одобрить предложения по развитию распределённой (децентрализованной) энергетики в составе Концепции национального фонда инновационного развития ТЭК.

2. Разработать дорожную карту по реализации инфраструктурных проектов и прорывных технологий в области распределённой (децентрализованной) энергетики.

3. Сформировать и организовать функционирование «Инновационного территориального кластера распределённой (децентрализованной) энергетики» с «Единым центром управления её развитием» в Республике Крым.

4. Подготовить и представить в Правительство РФ пакет документов для включения «Инновационного территориального кластера распределённой (децентрализованной) энергетики» в Правительственный «Перечень инновационных территориальных кластеров» в Республике Крым в соответствии с Поручением Правительства РФ от 28 августа 2012 года №ДМ-П8-5060 и Постановлением от 31 июля 2015 года №779.

5. Рабочей группе подготовить и представить в Фонд развития промышленности предложения по организации новых производств на базе отечественного оборудования на территории Российской Федерации, в том числе:

• МЭК на базе ВИЭ-энергоустановок с использованием в качестве базового источника энергии многотопливных ДВС-электростанций, паропоршневых электростанций, торфяных и биоэлектростанций, космических (солнечных) электростанций;
• отечественных ВЭУ в диапазоне мощностей от десятков до тысячи киловатт, прежде всего, для внедрения в удалённых регионах России;
• тепловых насосов различной мощности;
• мобильных автономных солнечных установок мощностью от 2 до 10 кВт;

6. Обратиться в Минэнерго России о включении в план НИОКР на 2016 год:

• разработку Концепции развития распределённой (децентрализованной) энергетики в России на период до 2035 года;
• разработку Концепции создания интеллектуальной автономной системы энергоснабжения;
• разработку Концепции развития человеческого капитала.

7. Принять за основу состав комитета по разработке Концепции комплексного развития распределённой (децентрализованной) энергетики на период до 2035 года и поручить Секции доработать её структуру.