• Скачать в формате PDF

С.М. Локтев – ЗАО «АС Энерджи»

Разработанные сегодня у нас в стране и за рубежом ветроустановки и гидроприводы, солнечные батареи вполне могут обеспечить базовую нагрузку потребителя. При этом предлагаемый компанией принцип аккумулирования энергии позволяет автономной системе одновременно работать с различными генерирующими устройствами, которые могут «перекрывать» и дополнять друг друга.

Год назад в журнале «Турбины и дизели» (№6, 2007 г.) была опубликована статья А.В. Аккуратова и В.Л. Сысоева об автономных системах энергообеспечения с промежуточным накоплением энергии. Авторы излагали свой взгляд на использование автономных систем энергоснабжения с промежуточным накопителем как на энергетику, представляющую собой сбалансированную систему, в основу которой заложен главный природный принцип – накопление энергии.
За прошедший год многое изменилось: организована непосредственно под данное направление новая компания – «АС Энерджи», появились новые партнеры, как российские, так и зарубежные. Создано энергетическое оборудование, представляющее собой фактически мини-энергосистему, где сбалансировано производство и потребление электроэнергии на возобновляемых источниках. Проведены переговоры и подписаны соглашения по совместной разработке данной тематики с представителями Азербайджана, Германии, Латвии, Болгарии, Объединенных Арабских Эмиратов и др.
И это закономерно, так как несмотря на начавшийся кризис, вопрос энергообеспечения во всем мире становится все более актуальным. Известно, что уровень не только материальной, но и духовной культуры находится в прямой зависимости от количества энергии, имеющейся в распоряжении человека. Специалисты считают, что в ближайшем десятилетии каждому жителю Земли необходимо для обеспечения нормальной жизнедеятельности 3...4 кВт электрической мощности. К сожалению, в течение многих лет, вместо того чтобы рачительно хозяйствовать, экономить получаемую электроэнергию, человечество двигалось по экстенсивному пути – наращиванию числа станции и агрегатов, сжигающих все большее количество различных видов топлива. И сейчас за это приходится расплачиваться.
Поэтому сегодня взгляды ученых все чаще обращаются к экологически чистым источникам энергии, не наносящим вреда окружающей природе и человеку. Это давно известные человечеству источники: энергия ветра, морских приливов и течений, тепло Земли и, наконец, прямое использование солнечной энергии.
Но и здесь кроется противоречие. С одной стороны, мы пытаемся через различные международные программы, фонды и другие механизмы всесторонне оберегать планету, с другой – стремимся получить сразу как можно больше электроэнергии. Мы пытаемся ветер, солнце и воду заставить «выдать на гора» десятки, сотни мегаватт электрической энергии, чтобы потом значительную ее часть потерять, транспортируя по электрическим сетям на сотни и тысячи километров, подогревая при этом воздух.
Мы бездумно забираем у природы то, что она накапливала миллионы лет: уголь, нефть, газ, торф – это те природные аккумуляторы, куда она «прятала» свою энергию. С одной стороны, ничего нового в этом нет. Еще в известном произведении Джонатана Свифта «Путешествие Гулливера» один из персонажей намеревался собирать солнечные лучи (извлекая их из огурцов) «в герметически закупоренные склянки, чтобы в случае холодного или дождливого лета обогревать ими воздух». Он выразил уверенность, что «...уже через восемь лет сможет поставлять солнечный свет повсюду, где он потребуется».
Но до настоящего времени эта задача – аккумулирование энергии – так и не была решена. Причин здесь несколько. Прежде всего, нужно понять, что такое энергосистема вообще и какие функции она выполняет.
По определению, энергосистема является основным технологическим звеном энергопроизводства, представляя собой комплекс электростанций, электро- и теплосетей, связанных общим режимом работы и имеющих централизованное оперативно-диспетчерское управление. Основными функциями централизованного управления являются:
•    повторное включение линий, шин и прочих электроустановок после их отключения;
•    включение резервного питания или оборудования;
•    включение синхронных генераторов и компенсаторов в параллельную работу;
•    регулирование возбуждения, напряжения и реактивной мощности; регулирование частоты и активной мощности;
•    прекращение асинхронного режима;
•    ограничение снижения/повышения частоты и напряжения;
•    предотвращение нарушения устойчивости системы; перегрузки оборудования;
•    диспетчерский контроль и управление.
По существу, управление в энергосистеме в упрощенном виде сводится к регулированию и распределению мощности между объектами на всех уровнях диспетчерского управления (между энергосистемами в ОЭС, электростанциями в энергосистемах и агрегатами или энергоблоками в пределах станций). Поскольку произведенную энергию нужно потребить, а выключить или включить мгновенно современную электростанцию невозможно, приходится держать в горячем резерве энергоблоки и целые станции, сжигая при этом топливо. Дальние линии электропередачи позволяют передавать энергию из регионов, где она в избытке, туда, где ее не хватает.
Таким образом, получается, что практически все оборудование, кроме дизельных и специально созданных (поэтому крайне дорогих) электростанций, без энергосистемы работать не может.
Владельцы сетей, как правило, не желают включать генерирующие устройства, работающие на возобновляемых источниках (в силу нестабильности их природы), в общий процесс энергообеспечения, так как при этом возникают дополнительные трудности с регулированием. И лишь происходящие изменения климата на планете, а также «давление» ученых, политиков, экологов заставляют владельцев сетей мириться с этими тенденциями, несмотря на то что производство электроэнергии за счет возобновляемых источников связано с миллиардными косвенными расходами.
Сложность управления сетью и поддержка всех ее функций не позволяют, в свою очередь, активно развиваться автономным системам энергообеспечения на возобновляемых источниках. К тому же, владельцам сетей не нужен на рынке реальный конкурент. В результате у нас в стране за многие годы так и не принято законодательных актов, стимулирующих развитие возобновляемых источников энергии и автономных систем в частности.
В основе предлагаемой нами общей концепции автономной системы энергообеспечения с промежуточным накоплением энергии – принцип буферного накопления энергии на постоянном токе для увязки изменяющихся мощностей производимой и потребляемой энергии (в отличие от привлечения резерва генерирующей мощности в большой энергетике). При этом учитывается относительно небольшая мощность таких систем.
Ранее уже говорилось о том, что для нормальной жизнедеятельности человеку необходимо 3...4 кВт электрической мощности, при этом потребляет ее он крайне неравномерно. В связи с этим пиковые и базовые нагрузки существенно отличаются друг от друга. Соответственно, возникает закономерный вопрос, зачем вырабатывать максимальную мощность, если потребителю постоянно она не нужна. Специалисты компании подсчитали, что разница в нагрузке (базовой и пиковой) может составлять до 10 раз. Следовательно, нет необходимости в генерирующих устройствах на 4 кВт, если в базе достаточно и 400 Вт, а нужное количество энергии для пиковой нагрузки можно накопить. При этом роль накопителя будут выполнять всем известные электрические аккумуляторы.
Разработанные сегодня как в России, так и за рубежом ветроустановки и гидроприводы, солнечные батареи вполне могут обеспечить базовую нагрузку. При этом наш принцип позволяет автономной системе одновременно работать с различными генерирующими устройствами, которые могут «перекрывать» и дополнять друг друга. Использование энергии ветра, солнца и воды одновременно является оптимальным вариантом – отсутствие какого-либо источника решающей роли не играет.
Кроме того, наблюдается активное развитие и других экологически чистых источников энергии малой мощности. Не случайно 4 июня 2008 г. президентом России был подписан Указ № 889 «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики». Он предусматривает снижение к 2020 году энергоемкости валового внутреннего продукта РФ не менее чем на 40% по сравнению с 2007 г. и обеспечение рационального и экологически ответственного использования энергии и энергоресурсов.
В развитие этого Указа разработан проект закона «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности», во второй статье которого указывается, что «...энергосбережение – деятельность, направленная на сокращение непроизводительных потерь при использовании энергии и энергетических ресурсов...».
Нужно отметить, что потерь этих у нас достаточно много. Согласно официальным данным, для России они составляют более 40% от общего энергопотребления. Это означает, что почти половину производимой энергии мы тратим впустую, обогревая внешнюю среду. Наша страна по-прежнему входит в десятку стран с самым энергоемким ВВП – энергоемкость валового продукта в европейских странах в 3-4 раза ниже, чем в России.
Поэтому сегодня очевидно то, что назрела необходимость изменения традиционной энергетической структуры, где главенствовало использование невозобновляемых энергоресурсов, таких как нефть, уголь, газ. Вместе с экономическим кризисом мир вступает и в новую фазу своего развития, когда рост и конкурентоспособность экономики могут быть обеспечены только за счет применения инноваций.