МЕСТНЫЕ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ МАЛЫХ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ ДЛЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ГОРОДОВ В НОВЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ РАЙОНАХ
И.М. Кузнецов
Санкт-Петербургский государственный политехнический университет
Развитие экономики страны невозможно без освоения месторождений полезных ископаемых. Освоение нового промышленного района всегда ставит перед проектировщиками, строителями, государственными и частными инвесторами ряд проблем, без решения которых невозможно получить максимальную отдачу от реализации проекта. Эти проблемы включают:
1.Создание в новом промышленном районе развитой транспортной и энергетической инфраструктуры;
2.Строительство комфортных городов и поселков для строителей и персонала новых предприятий;
3.Достижение баланса между развитием промышленного производства и сохранением природной среды.
Решение этих проблем требует дополнительных капитальных вложений, иногда сопоставимых по масштабу с вложениями в основное производство. Поэтому инвестор, желая сэкономить, пренебрегая социальными обязательствами и стремясь получить максимальную прибыль, наносит территории освоения непоправимый ущерб. Это одна из причин, почему проекты по развитию новых промышленных районов в России не находят понимания у экологических организаций. Тем не менее, добыча и переработка полезных ископаемых – важная отрасль промышленного производства в нашей стране, и если подойти к решению проблемы освоения сырьевой базы с позиций энерго- и ресурсосбережения, то возможна разработка проектов, наносящих минимальный вред экологии.
Важной предпосылкой для комплексного освоения нового промышленного района является создание развитой энергетической инфраструктуры. Энергетическая инфраструктура включает в себя новые генерирующие источники электрической и тепловой энергии, линии электропередачи и подстанции. В зависимости от масштаба нового промышленного района принимается решение о том, следует ли сразу создавать всю инфраструктуру в полном объеме на перспективу, или на время строительства первых объектов можно обойтись временными дорогами и схемами электроснабжения. Крупномасштабные проекты по освоению недр реализуются в несколько этапов каждый продолжительностью 5-10 лет. Многие такие проекты, наряду с финансированием из федерального бюджета, финансируются крупными частными инвесторами, заинтересованными в добыче и переработке определенных видов полезных ископаемых. Психология бизнесмена такова, что он стремится как можно скорее запустить производство, найти надежные каналы сбыта и продать товар по выгодной цене, и это совершенно нормально. Такой подход может не иметь негативных последствий, если речь идет об относительно небольшом проекте, и если не преследуется цель производить добычу полезных ископаемых. Если же к реализации планируется крупномасштабный проект по освоению нескольких месторождений руд черных, цветных или драгоценных металлов, то необходимо в генеральном финансовом плане предусмотреть на первом этапе создание развитой инфраструктуры, которая в дальнейшем будет модернизироваться и расширяться.
Существует три способа электрификации вновь осваиваемого промышленного района.
1.Централизованное электроснабжение, предполагающее строительство ЛЭП с присоединением промышленных и социальных объектов к энергосистеме;
2.Автономное электроснабжение, предполагающее строительство одного или нескольких генерирующих источников в непосредственной близости от предполагаемых промышленных предприятий, новых городов и поселков.
3.Комбинированный способ, предполагающий создание связи с энергосистемой и строительство нового генерирующего источника.
Присоединение к сетям централизованного электроснабжения в определенной степени повышает надежность электроснабжения потребителей, позволяет при дефиците использовать перетоки электроэнергии из избыточных частей энергосистемы. Вместе с тем, при транспортировке электроэнергии по протяженным линиям электропередачи к потребителю наблюдаются значительные её потери. Основная причина – это рост коммерческих потерь электроэнергии. В целом по России они в 2008 г. достигли почти 30 млрд. кВтч/год, что составило около 30% от общего значения фактических потерь. Коммерческие потери – разность между фактическими и технологическими потерями – прямые убытки энергоснабжающих организаций, которые обусловлены погрешностями системы учета, бездоговорным и несанкционированным потреблением электроэнергии, низкой платежеспособностью потребителей и т.д.
Технологические потери электроэнергии в сетях в процессе электроснабжения инфраструктуры нового промышленного района удастся сократить, если, во-первых, использовать минимально необходимую длину ЛЭП оптимального напряжения, во-вторых, по возможности, сократить количество ступеней трансформации, используя глубокие вводы, в-третьих, в распределительных сетях 6-10-35 кВ использовать СИП – самонесущий изолированный провод. Эти меры могут быть реализованы только в случае строительства в непосредственной близости от места строительства объектов одного или нескольких генерирующих источников.
В качестве примера рассмотрим проект нового промышленного района в юго-восточной части Республики Карелия. В этом районе расположены месторождения железо-титан-ванадиевых и хромо-никелево-платиноидных руд. В ходе реализации крупномасштабного проекта освоения территории планируется строительство горно-обогатительных комбинатов на базе Пудожгорского, Аганозерского и Шалозерского месторождений. Проект предполагает также строительство металлургического комбината, завода ферросплавов, организацию сопутствующего производства высокопрочного щебня. Будет дан импульс к развитию лесопромышленного комплекса Пудожского района Карелии. В целях комплексного развития социальной инфраструктуры нового промышленного района планируется строительство города с населением около 40 тыс.чел. на восточном побережье Заонежского залива и трех поселков городского типа с населением 3 тыс.чел. каждый [2].
Известно, что в городах, имеющих различную численность населения, принято различать величину удельных электрических нагрузок и показатели расхода электроэнергии. Планируемый к строительству город с условным названием Пудожгорск по классификации, приведенной в [5], к 2020 году будет относиться к малым городам (50 тыс.чел. и ниже). Для этого типа городов показатели коммунально-бытовой нагрузки потребителей с плитами на природном газе составляют 0,41 кВт/чел, с электрическими плитами – 0,50 кВт/чел. Если в городе будут присутствовать оба типа плит, то расчет нагрузки необходимо будет производить пропорционально их соотношению. Для того, чтобы укрупнено определить максимальную нагрузку потребителей будущего города, используем формулу:
Pmax = Aгод / Тmax, (1)
где Aгод – суммарное годовое электропотребление объекта, Тmax – продолжительность использования максимума нагрузки.
Согласно данным, приведенным в [3, 5], удельный расход электроэнергии коммунально-бытовых потребителей со стационарными электроплитами составляет для городов с населением до 50 тыс.чел. 2750 кВтч/чел в год при числе часов использования максимума электрической нагрузки 5500 час/год. В нашем случае, используя формулу (1), получим: Pmax = 2750 кВтч/чел Х 40 000 / 5500 час/год = 20 МВт. Электроснабжение административных, общественных зданий, применение установок кондиционирования, электроотопления и электроводонагрева, уличное освещение и подсветка зданий дает в масштабах малого города еще порядка 15 МВт. Перспективная нагрузка потребителей Пудожгорска составит к 2020 году около 35 МВт.
В настоящий момент в ОАО «РусГидро» в рамках программы развития возобновляемой и малой энергетики России разработаны технико-экономическое обоснование проектов по строительству двух гидроэлектростанций суммарной мощностью 52,2 МВт на р. Водла, которые будут расположены поблизости от предполагаемых мест строительства города и поселков. Это Пудожская ГЭС в районе деревни Кривцы (установленная мощность – 20,6 МВт, проектная стоимость – 53 млн.долл.) и Средне-Водлинская ГЭС в районе деревни Кубово (установленная мощность – 31,6 МВт, проектная стоимость – 64 млн.долл) [1, 4]. Расстояние по воздушной прямой до предполагаемого местоположения г. Пудожгорска от Пудожской ГЭС – 79 км, от Средне-Водлинской ГЭС – 81 км.
Для определения экономически обоснованного значения напряжения линии электропередачи на этих участках воспользуемся известной эмпирической формулой Г.А. Илларионова:
(2)
где L – длина линии, км, P – передаваемая мощность, МВт.
По результатам вычислений было выяснено, что экономически обоснованным напряжением для этих двух линий является 110 кВ. Чтобы построить замкнутую одинарную сеть, опирающуюся на два центра питания, необходимо будет построить в непосредственной близости от будущего города блочно-модульную или стационарную ТЭС на природном газе или ДЭС. Основной объем электроэнергии будет поступать от водлинского гидроузла, тогда как топливная генерация будет резервной.
Приведенный пример показывает, что при наличии вблизи от нового осваиваемого промышленного района или прямо в границах его территории достаточных гидроэнергетических ресурсов и экономического обоснования сооружения на них гидроэлектростанций малой и средней мощности целесообразно передавать электроэнергию от этих станций к объектам социальной инфраструктуры района – новым городам, поселкам, базам отдыха, санаториям и т.д. В составе электроприёмников данных объектов присутствуют потребители первой и второй категорий, поэтому необходимо обеспечить соответствующую надежность электроснабжения. Такая надежность может быть достигнута при построении замкнутой электрической сети с центрами питания в роли ГЭС с одной стороны и ТЭС (ДЭС) с другой стороны.
ЛИТЕРАТУРА
1.Борисов Г.А., Сидоренко Г.И. Энергетика Карелии. Современное состояние, ресурсы и перспективы развития. – СПб.: Наука, 1999;
2.Где будет город заложен ? // Промышленный вестник Карелии. – 2008. – №82;
3.Инструкция по проектированию городских электрических сетей РД 34.20.185-94(с изм.1999 г.). – М.: Энергоатомиздат, 1995;
4.Сидоренко Г.И., Кудряшева И.Г., Пименов В.И. Экономика установок нетрадиционных и возобновляемых источников энергии. Технико-экономический анализ. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008;
5.Справочник по проектированию электрических сетей / под ред. Д.Л. Файбисовича. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: ЭНАС, 2009.
Автора: Кузнецов И.М., аспирант кафедры ЭМЭП СПбГПУ.
E-mail для связи: Energotec-spb@rambler.ru