Электроэнергетический комплекс Северо-Кавказского федерального округа включает в себя энергосистемы, функционирующие в следующих регионах:
- Республика Дагестан;
- Республика Ингушетия;
- Кабардино-Балкарская Республика;
- Карачаево-Черкесская Республика;
- Республика Северная Осетия-Алания;
- Ставропольский край;
- Чеченская Республика.
Энергобаланс Северного Кавказа характеризуется неоднородностью его регионов. Энергоизбыточным является Ставропольский край, в то время как Чечня и Ингушетия не производят достаточного объёма электроэнергии для покрытия собственных нужд. В то же время несмотря на то, что энергосистемы других республик располагают энергогенерирующими объектами, они по-прежнему остаются энергодефицитными. Ситуацию также осложняет тот факт, что при покрытии дефицита между регионами значительная часть электроэнергии теряется (в виде тепла на нагрев сетей). Особенно остро проблема потерь электроэнергии в электрических сетях проявляется в отдалённых горных зонах.
Исходя из данных «Схемы и программы развития электроэнергетики Республики Дагестан на период 2023–2027 годов» (СиПРЭ) от 29 апреля 2022 года №96 [1] (табл. 1), можно наблюдать, что из года в год потери в сетях практически во всех регионах СКФО увеличиваются, что создаёт дополнительную нагрузку генерирующим компаниям и убытки сетевым организациям. При изучении объёмов потерь также стоит обратить внимание на структуру потребления электроэнергии в регионах. Наибольшая доля потребления приходится на потребление городским и сельским населением (табл. 2). Из табл. 2 видно, что потребление городским и сельским населением в Республике Дагестан в 2020 году составляет 2929,6 млн кВт·ч [1], что почти в десять раз больше потребления электроэнергии в промышленном производстве (285,5 кВт·ч) и практически равно потерям в электрических сетях за этот же отчётный год.
Учитывая всё изложенное выше, становится очевидной необходимость в принятии действий по обеспечению населения электрической энергией таким образом, чтобы минимизировать потери в электросетях.
Одним из способов решения данной задачи является внедрение технологий распределённой генерации на базе возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в труднодоступных регионах, в том числе в горных районах. В целях компенсации потерь электроэнергии в сетях было принято Постановление Правительства РФ от 23 января 2015 года №47-ПП [2], которое стало отправной точкой усовершенствования механизма поддержки генерирующих объектов, функционирующих на основе использования возобновляемых источников энергии на розничных рынках.
Традиционные электростанции, такие как угольные, газовые и атомные, а также гидроэлектростанции и крупные солнечные электростанции, как правило, являются централизованными и часто требуют передачи электроэнергии на большие расстояния, что приводит к большим потерям в сетях. В отличие от них, распределённое энергоснабжение — это децентрализованные, модульные и более гибкие технологии, которые располагаются вблизи обслуживаемой нагрузки и при этом имеют мощность до 25 МВт. Эти системы могут включать в себя несколько компонентов генерации и хранения энергии — в этом случае они называются гибридными энергосистемами. Применение распределённой генерации в горных районах позволяет снизить воздействие на окружающую среду и повысить надёжность энергоснабжения потребителей.
В качестве преимуществ распределённой генерации исследователи выделяют: повышение энергетической независимости потребителей, сглаживание пиковых нагрузок, снижение уровня необходимого резервирования мощности, минимизация транспорта энергоносителей, сокращение потерь при транспорте вторичных энергоносителей, возможность использования местных энергоресурсов [3].
Преимущество распределённой генерации заключается и в том, что применение маломощных объектов не требует больших территорий и капиталовложений. При инсоляции 1300 кВт·ч/м² солнечная станция установленной мощностью от 1 до 5 МВт может выработать в среднем от 1,4 млн до 6,2 млн кВт·ч электроэнергии в год. В связи с малой мощностью генерирующих объектов распределённой генерации отпадает необходимость подключения к высоковольтным линиям электропередач. По подсчётам авторов, срок окупаемости объектов малой генерации составляет пять-семь лет. Для сравнения, окупаемость объектов генерации на основе ВИЭ в рамках оптового рынка электроэнергии и мощности составляет до 15 лет.
О потенциале ВИЭ в СКФО
Потенциал возобновляемой энергетики в СКФО является достаточно высоким в связи с географическим расположением региона. Согласно Global Solar Atlas [4] и данным по продолжительности солнечного сияния [5] на территории Российской Федерации на регион приходится самая высокая солнечная инсоляция в России, что подтверждает высокую эффективность применения инструментов солнечной энергетики. На сегодняшний день в регионе функционируют, а также находятся в стадии проектирования и строительства объекты ВИЭ-генерации общей мощностью 1800 МВт, в том числе 346 МВт мощностей солнечной генерации.
Однако стоит отметить, что бóльшая часть общей мощности объектов приходится на реализацию проектов в рамках программы поддержки ВИЭ на оптовом и розничном рынке. Согласно табл. 3, можно также отметить, что бóльшая часть мощностей объектов ВИЭ введена в Ставропольском крае.
Анализируя Global Solar Atlas [4], можно заметить, что юго-запад СКФО имеет высокую солнечную инсоляцию и относительную сложность рельефа, обусловленную наличием горной местности. Данный фактор свидетельствует об эффективности применения маломощных солнечных электростанций в горных районах для обеспечения населения эффективной, экологически безопасной электроэнергией.
В целом, стоит отметить, что, несмотря на рост доли ВИЭ в общей энергосистеме, текущая тенденция реализации проектов ВИЭ никак не влияет на улучшение качества электроснабжения горных территорий по причине отдалённости расположения объектов ВИЭ и выдачи мощности в линии от 35 кВ и выше. Все объекты, реализованные в рамках оптового рынка электроэнергии и мощности, поддерживают напряжение в магистральных сетях.
Перспективы распределённой генерации в СКФО
В настоящее время на территории СКФО прорабатываются проекты малых мощностей ВИЭ до 4,9 МВт в отдалённых горных районах, позволяющие компенсировать потери, а также улучшить качество электроснабжения горных сел.
Малая гидроэлектростанция на реке Большой Зеленчук, Карачаево-Черкесия
Пример 1. Рассмотрим случай реализации проекта МГЭС мощностью 4,8 МВт на реке Фиагдон рядом с селом Харисджин Республики Северная Осетия — Алания (РСО — Алания).
РСО — Алания в связи с наличием горного рельефа обладает значительным гидроэнергетическим потенциалом, который на сегодняшний момент достаточно исследован, но до конца не освоен. Выработка МГЭС была рассчитана с учётом объёма проточных вод на реке Фиагдон, графика реализации проекта и плановой установленной мощности гидроэлектростанции и составляет от 22705920 до 22716288 кВт·ч в год.
Основным источником выручки является плата за электроэнергию (мощность), осуществляемая территориальной сетевой организацией по тарифу, устанавливаемому Региональной службой по тарифам Республики Северная Осетия — Алания.
Проект МГЭС спроектирован с использованием технологии «EcoГЭС», которая объединяет лучшие мировые практики, адаптированные под российское законодательство и специфику водотоков для создания типовых МГЭС мощностью 0,5–5,0 МВт.
Технология «EcoГЭС» — это унифицированный проект бесплотинной МГЭС, не создающей затоплений для водотоков диапазона среднего стока от 0,5 до 3,5 м/с, использующий деривацию для формирования напора и комплекс решений по гибридизации с другими видами ВИЭ для повышения эффективности гидрогенерации.
Применение технологии позволяет ускорить сроки проектирования и строительства, а также обеспечить реализацию экономически эффективных малых ГЭС со 100%-м полезным отпуском электроэнергии. В основу «EcoГЭС» положены природосберегающие технологии и решения, обеспечивающие полную минимизацию негативных воздействий на окружающую среду и интеграцию компактных сооружений в естественный природный и культурный в ландшафт, что и является одним из важных эффектов для региона. Помимо данных эффектов в регионе появляются новые рабочие места, приток инвестиций, мощности для резидентов, возможность снижения углеродных налогов и вклад в декарбонизацию.
Таким образом, проект МГЭС станет важным звеном в процессе перехода на «чистую» генерацию электрической энергии и развитии гидроэнергетического потенциала рек Северной Осетии и стабилизирует ситуацию с подачей электроснабжения в горных населённых пунктах Северной Осетии, что сократит дефицит электроснабжения и послужит толчком для развития региона в целом.
Пример реализации проекта МГЭС в японском регионе Тохоку на острове Хонсю
Пример 2. Табасаранский район не обладает достаточным гидропотенциалом для строительства МГЭС, поэтому рассмотрим площадку для строительства солнечной электростанции.
При разработке концепции распределённой генерации были учтены следующие факторы: труднодоступность местности, показатели солнечной инсоляции, возможность размещения СЭС в горной местности вблизи населённых пунктов, доступность земельных участков и наличие сетевой инфраструктуры для выдачи мощности. Соответствие каждому из перечисленных выше параметров позволяет осуществить проект максимально эффективным и содействует уменьшению сетевых потерь энергосистемы.
В рамках исследования территорий было рассмотрено размещение СЭС установленной мощностью 1 МВт на территории площадью 2,5 га в Табасаранском районе. Табасаранский район расположен в южной зоне Дагестана. По солнечной инсоляции (1322,3 кВт·ч/м²) и уровню солнечного потенциала территории данный район является перспективным местом для строительства СЭС.
Для энергетической оценки солнечного потенциала в плоскости выработки электроэнергии было выполнено имитационное моделирование солнечной электростанций (СЭС) мощностью 1 МВт. Для объективного сопоставительного моделирования использовался набор инструментов PVGIS, разработанный Европейской комиссией (European Commission) для оценки потенциала развития солнечной энергетики с учётом метеоусловий. По результатам моделирования, на выбранном участке выработка составит 1,14 млн кВт·ч электроэнергии в год.
Проектирование и строительство такого рода электростанций способствует повышению эффективности энергосистемы, поскольку они будут направлены для обеспечения электроэнергией только той малой энергетической зоны, в которых они расположены.
Пример реализации проекта распределённой генерации
В заключение необходимо отметить, что в результате применения распределённой генерации Северо-Кавказский регион получит такие эффекты, как:
- снижение доли потерь и «перетоков» электроэнергии (негативно влияющих на энергосистему) в дневное время суток;
- снижение нагрузки на трансформаторных установках на подстанциях;
- снижение риска аварий на оборудовании и/или отказа всей энергосистемы региона;
- повышение надёжности всей энергосистемы в целом;
- увеличение жизненного цикла основного генерирующего оборудования и сетевой инфраструктуры;
- снижение выбросов парниковых газов за счёт использования экологически безопасного источника энергии;
- повышение туристической привлекательности района;
- минимизация антропогенных воздействий на экосистему ввиду использования экологически безопасного источника энергии.
