Эффективность ввода в эксплуатацию малых гидроэлектростанций в рамках развития сегмента альтернативной энергетики в Казахстане

Выполнен анализ структуры электроэнергетической отрасли Казахстана. Рассматриваются сравнительные показатели электростанций в зависимости от различных источников топлива. Описываются основные направления развития альтернативной энергетики в республике. Изучается потенциал гидроресурсов как технически и экономически наиболее доступного вида возобновляемых энергетических ресурсов.

Анализ структуры электроэнергетической отрасли Казахстана

Энергетика - одна из базовых отраслей, от эффективной деятельности которой зависит состояние всей экономики страны. Поэтому очень важно, чтобы именно эта сфера получила опережающее развитие. Не зря в своем Послании народу Казахстана «Нүрлы жол - путь в будущее» Президент РК Н. А. Назарбаев особо отметил: «В энергетике за прошедшие 5 лет в рамках программы индустриализации проведена большая работа. Тем не менее, ограниченность магистральных сетей вызывает дефицит электроэнергии в южных регионах страны, природного газа - в центральных и восточных областях. Надо сосредоточиться на двух проектах. Построить высоковольтные линии в направлениях Экибастуз-Семей-Усть-Каменогорск и Семей-Актогай-Талдыкорган-Алматы. Это позволит создать сбалансированное энергообеспечение казахстанскими электростанциями всех регионов страны» [1; 4].

Как известно, основой структуры электроэнергетической отрасли являются электрические станции различных типов. По первичному энергоресурсу, потребляемому для производства электрической (иногда также и тепловой) энергии, электростанции можно подразделить на: тепловые (топливные) - (ТЭС), в том числе теплоэлектроцентрали - (ТЭЦ) и конденсационные электростанции (КЭС), атомные - (АЭС), гидравлические - (ГЭС), прочие (солнечные, геотермальные, приливные, ветряные и др.) (рис. 1).

Все перечисленные типы электростанций обладают разными экономическими показателями и поэтому имеют несколько разные области применения. Главными показателями, определяющими всю экономику энергетического производства, являются капитальные затраты или для сравнения разных электростанций удельные капиталовложения, и годовые расходы по эксплуатации или себестоимость производства единицы энергии. Все другие технико-экономические показатели, так или иначе, агрегируются именно в этих. Сравнительные показатели электростанций, в зависимости от различных источников топлива, представлены в табл. 1.

103

Усредненные показатели, приведенные в табл. 1, могут очень сильно меняться в зависимости от конкретных экономических и географических условий. Кстати данные табл. 1 свидетельствуют о том, что одной из самых дорогих оказывается энергия, полученная на АЭС.

Основные направления развития альтернативной энергетики в республике

Известно, что энергетика будущего будет основываться на пяти основных компонентах. Первый – это использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) – солнца, ветра, водных потоков, геотермального тепла, биомассы. Второй – децентрализация производства энергии. Третий – внедрение технологий энерго- и ресурсосбережения. Далее –перевод автомобильного транспорта на неуглеводородные топлива и электричество, а также в развитии новых экономичных видов транспорта. И наконец, пятый компонент – широкое использование технологий Smart Grid (умная сеть), основанных на принципах и методах стандартизации функциональной совместимости энергетического оборудования и информацинных технологий.

По мнению экспертов, в перспективе значительную часть энергопотребления республики может обеспечить развитие возобновляемой энергетики (рис. 2 и 3). При этом само развитие альтернативной энергетики в Казахстане перспективно в следующих направлениях, по которым уже имеются конкретные опытно-конструкторские разработки, примеры успешного внедрения, наличие патентов [3; 8]:

104

1. строительстве ветроэлектростанций (ВЭС) большой мощности, адекватных сложным природно-климатическим и сейсмическим условиям, особенностям рельефа РК;
2. строительстве ветроустановок небольшой мощности для локального электроснабжения - их использование предполагается совместно с фотоэлектроустановками, аккумуляторами электроэнергии для небольших удаленных автономных потребителей;
3. строительстве бесплотинных малых ГЭС на горных реках, перепад высот которых может достигать до 2000-2500 м, следовательно, мощность каскадов ГЭС может обеспечиваться не столько расходом рек, сколько их высотным перепадом, то есть напором;
4. строительстве единого комплекса ГЭС и ВЭС, объединенных в одну систему в южном регионе РК;
5. производстве и установке солнечных модулей отечественного производства из местного сырья, в первую очередь, из поликристаллического кремния, добыче и обработке подобных материалов до качества, требуемого для создания солнечных элементов, выгодного экспорта готовой продукции;
6. утилизации и переработки сельскохозяйственных, промышленных и бытовых отходов в целях производства жидкого биотоплива из непродовольственных культур, тепла и электроэнергии, удобрений и стройматериалов, извлечения редкоземельных металлов, сокращения загрязнений и улучшение

105

здоровья, рекультивации техногенных ландшафтов, превращения их в зоны отдыха;

строительстве энергоэффективного жилья, повышении энергоэффективности и ресурсоэффективности зданий (в идеале - до показателей нулевых выбросов), зеленой модернизации старого жилого фонда там, где это имеет экономический смысл, что может значительно оживить и инноватизи- ровать строительный сектор.

Важно отметить то, что в стране имеются отличные природные возможности и уже накоплен определенный технологический потенциал в области «зеленой» энергетики. Однако его масштабы явно недостаточны для изменения профиля национальной энергетической системы. В этой связи очевидна необходимость активного включения Казахстана в глобальный зеленый тренд, в результате чего республика может добиться следующих целей:

• экономических - обеспечения устойчивых темпов долгосрочного экономического роста, формирования постиндустриальной энергетической системы, базирующейся на возобновляемых источниках энергии и передовых энергетических решениях;
• экологических - снижения вредных воздействий на окружающую среду (сокращения объемов выбросов парниковых газов и других загрязняющих веществ, снижения аварийного фона от энергообъектов);
• социальных - создания новых качественных постоянных рабочих мест, улучшение среды обитания и качества жизни населения.

Не следует забывать того, что в технологиях возобновляемой энергетики реализуются последние достижения многих научных направлений: метеорологии, аэродинамики, электроэнергетики, теплоэнергетики, генераторо- и турбостроения, микроэлектроники, силовой электроники, нанотехнологии, материаловедения и т.д.

Актуальность использования энергии воды на современном этапе

В Казахстане имеются значительные гидроресурсы, в основном сосредоточенные в восточной и южной частях страны на реках Иртыш, Или и Сырдарья (73% всей мощности гидроресурсов).

Интересно отметить, что упоминание об использовании энергии воды на водяных мельницах для помола зерна и дутья воздуха, при выплавке металла относится к концу II в. до н. э.

В Европе гидроэнергия широко применялась в Х-ХІІІ вв. Так в XI в. в Англии и Франции одна мельница приходилась на 250 человек. В это время сфера применения мельниц расширилась. Они стали использоваться в сукновальном производстве, при варке пива, распилке леса, для работы откачивающих насосов, на маслобойнях. В XVIII в. во всех странах Европы технологический уклад был основан на использовании водяных колес.

В настоящее время использование энергии воды по-прежнему остается актуальным, а основным направлением является производство электрической энергии. К нетрадиционной энергетике относят мини - ГЭС и малые ГЭС с установленной мощностью от 2 кВт до 25 МВт, для которых во многих странах производится стандартизованное оборудование [5; 59].

Источником гидроэнергии является преобразованная энергия Солнца в виде запасенной потенциальной энергии воды, которая затем преобразуется в механическую работу и электроэнергию. Действительно, под действием солнечного излучения вода испаряется с поверхности озер, рек, морей и океанов. Пар поднимается в верхние слои атмосферы, образуя облака; затем он, конденсируясь, выпадает в виде дождя, пополняя запасы воды в водоемах.

Потенциал гидроресурсов определяется объемным расходом потока Q (м³/с) и высотой падения потока или напором Н (м). Максимальная мощность Р₀ (Вт), развиваемая потоком падающей воды без учета потерь напора,

Р0= (М IQ,

где ρ - плотность, кг/м³; g - ускорение свободного падения, м/с².

Преобразование потенциальной энергии воды в электрическую производится на гидроэлектростанции (рис. 4).

Потенциальная и кинетическая энергия воды

Поддержание постоянного напора Н осуществляется с помощью плотины, которая образует водохранилище, служащее аккумулятором гидроэнергии. В связи с этим при строительстве ГЭС предъявляются определенные требования к рельефу местности, который должен позволить организовать водохранилище и создать требуемый напор за счет плотины. Все это связано со значительными затратами и стоимость строительных работ может превышать стоимость оборудования ГЭС. Вместе с тем удельная стоимость электроэнергии, генерируемой ГЭС, является самой низкой по сравнению с себестоимостью энергии, производимой другими источниками. Как правило, срок окупаемости малых ГЭС не превышает 10 лет.

Гидроресурсы как технически и экономически наиболее доступный вид возобновляемых энергетических ресурсов

На сегодняшний день общий потенциал малых ГЭС (единичной мощностью менее 10 МВт) составляет 8 млрд. кВт/ч. Суммарный гидропотенциал Казахстана, включая крупные ГЭС, составляет 62 млрд. кВт/ч в год, из которых экономически эффективно может вырабатываться 27 млрд. кВт/ч [6; 5].

Высокие возможности по использованию возобновляемых энергоресурсов имеют южные области республики, на горных реках которых сосредоточено примерно 65 % гидроэнергоресурсов. На сегодняшний день на горных реках Алматинской области уже введено в эксплуатацию 5 малых ГЭС с общей установленной мощностью 19,4 МВт. В будущем здесь ожидается строительство малых ГЭС на реке Коксу мощностью 42 МВт. В Карагандинской области на Ынтымакском водохранилище в конце 2012 г. была запущена ГЭС мощностью 3,7 МВт. Имеются схожие проекты ГЭС в других областях республики (табл. 2).

При этом важно отметить и то, что большинство действующих малых ГЭС нуждается в реконструкции и модернизации в связи с продолжительными сроками эксплуатации 40-55 лет.

В ходе дальнейшей индустриализации страны предстоит осуществить запуск нескольких сотен проектов, которые будут нуждаться в адекватном объеме электроэнергии. Поэтому в рамках новой индустриально- инновационной политики в качестве одного из приоритетов предусматривается реализация ряда электроэнергетических проектов, в том числе по строительству новых и модернизации действующих ГЭС.

Сейчас в Казахстане 16 гидростанций, 6 из которых крупных, имеющих мощность от 100 до 700 МВт, на реках Иртыше, Или и Сырдарье. Однако сокращение стока рек Иртыша и Или, верховья которых находятся на территории Китая, не позволяет рассчитывать на ввод дополнительных больших мощностей.

Безусловно, один из прорывных проектов - недавний ввод в действие Мойнакской ГЭС на реке Чарын. Она позволяет обеспечить возросшие объемы энергопотребления в южном регионе Казахстана. Современное технологическое оборудование, используемое на станции, обеспечивает максимальную автоматизацию и безаварийность процесса. По проекту гидроэлектростанция может производить до 1027 млн. кВт/час электроэнергии в год [4; 10].

Однако ввод в эксплуатацию данной ГЭС не покрывает дефицита мощности в южных регионах республики. Поэтому уже начаты работы по строительству третьего энергоблока Экибастузской ГРЭС - 2 мощностью порядка 630 МВт. Намечается строительство четвертого энергоблока этой электростанции.

Предусматривается реализация стратегического проекта - «Строительство Кербулакской ГЭС», которая выступит контррегулятором Капчагайской ГЭС и позволит увеличить выдачу ее пиковой мощности на 112 МВт.

Важным является проект «Реконструкция Шардаринской ГЭС с увеличением установленной мощности на 16 % и доведением до 116 МВт».

В планах «Самрук-Энерго» - строительство Булакской ГЭС на реке Иртыш и других гидроэлектростанций [8; 9].

Конечно, принципиальным для юга Казахстана является стабильная работа Жамбылской ГРЭС в зимний период. Для этого Правительством РК принимаются беспрецедентные меры поддержки: выделяются денежные средства на компенсацию затрат по закупу топлива с целью недопущения роста стоимости электрической энергии выше предельного тарифа.

ЛИТЕРАТУРА

1. Послание Президента Республики Казахстан Нурсултана Назарбаева народу Казахстана «Нүрлы жол - путь в будущее» // Промышленность Казахстана. - 2014. - № 6 (87). - С. 2-5.
2. Тулеметова А. С., Полежаева И. С., Есиркепова А. М. Эффективное использование и перспективы развития нетрадиционных источников энергии Казахстана // Вестник КазНУ: Серия экономическая. - 2014. - № 4 (104). - С. 70-75.
3. Нургалиев Д. Потенциал «зеленого роста» // «Казахстанская правда», 4 июля 2014 года. - С. 8.
4. Буркаева М. ФИИР: комплексный подход в реализации проектов // «Казахстанская правда», 2 июля 2013 года. - С. 10.
5. Андрижиевский А. А., Володин В. И. Энергосбережение и энергетический менеджмент: Учебное пособие. - Минск: Вышэйшая школа, 2005. - 294 с.
6. Мустафина В. «Зеленый мост» ведет к прогрессу // «Казахстанская правда», 13 июня 2012 года. - С. 5.
7. Бутырина Е. Казахстан создает условия для дальнейшего формирования рынка ВИЭ // «Панорама», № 24, 27 июня 2014 года, С. 6.
8. Опережающий рост энергетики // «Казахстанская правда», 5 июля 2012 года. - С. 9.