Формирование организационно-экономического механизма внедрения инноваций в распределенной энергетике, страница 6

Обозначенная зависимость длягазотурбинных установок приведена на рисунке 8. Аналогичные зависимостиУдельная капиталоемкость, $/кВтхарактерны и для поршневых двигателей.Источник: [143]Рисунок 8 - Зависимость удельных капиталовложений от единичной мощностиГТУ на основе стационарных и авиационных газотурбинных двигателейНаряду с обозначенным ранее снижением КПД установок при сниженииединичной мощности можно говорить о том, что применение технологий36распределенной энергетики на основе тепловых двигателей объективнопроигрывает большой энергетике и может быть эффективно только приусловии изолированности потенциальных объектов энергоснабжения, а такжепри организации автономной генерации, для снижения затрат на передачу исбыт электроэнергии.Внастоящеевремяпроизводителиактивноразрабатывают,модернизируют и повышают эффективность своей продукции с цельюудержания объемов существующих производств, принимая во вниманиерастущую конкуренцию со стороны новых типов энергетических установок(прежде всего на основе возобновляемых источников энергии) [54].Основныминаправлениямиразвитияпоршневыхэнергоустановокявляется решение проблем механического износа деталей, развитие системохлаждения и смазки двигателей, [96] а также снижение вредных выбросов вотработавших газах [104].Одной из особенностей работы рассматриваемых энергоустановокявляется снижение их эффективности при эксплуатации на частичноймощности.

Решением данной проблемы является создание дизельных игазотурбинных установок с переменной частотой вращения генератора,позволяющих поддерживать высокий КПД в широком диапазоне режимовработы при сохранении нужного качества электроэнергии [61, 64, 66].Производительность газовых турбин в последние годы была улучшена засчет значительных инвестиций в научные исследования и разработки, но темпыразвития газотурбинных технологий замедляются, в связи с исчерпаниемнаиболее легкодоступных технических решений [131].

Дальнейшее развитиегазотурбинныхтехнологийбудетсопровождатьсясовершенствованием тепловых схем, оптимизацией ихусложнениемработы[82]ииприменением новых материалов [91].Вместе с этим разработка энергооборудования является длительным ивысокозатратным процессом. По информации, изложенной в Стратегииразвития энергомашиностроения, разработка газовой турбины SGT5-8000H37мощностью 340 МВт обошлась Siemens в €550 млн. и длилась около 7 лет [17].При средней цене на рынке оборудования такой мощности 500 € за 1 кВт,стоимость его реализации составит порядка170млн.

евро (340 МВт х500 000 €/МВт). При этом стоимость организации серийного производстватурбин большой мощности составляет порядка €300 млн. [151]. Несложнопосчитать, что для простой окупаемости создания данного оборудования прирентабельности 10% потребуется реализовать порядка 50 таких турбин (€850млн. / (€170 млн. х 10%)).С учетом дисконтирования, необходимый для окупаемости уровеньпродаж может вырасти более чем в 2 раза. В отличие от зарубежных компаний,для которых достижим такой уровень продаж, российским производителямэнергооборудования большой мощности на внутреннем рынке добитьсянеобходимой для окупаемости серийности производства крайне сложно. В этихусловиях большей привлекательностью обладает разработка оборудованияименно для распределенной энергетики, обладающей, несомненно, болеевысокой для окупаемости емкостью рынка [83, С.84].Технологии когенерации.Под термином «когенерация» понимаются технологии, позволяющиеутилизироватьчастьтепла,образующегосявтехнологическомциклепроизводства электрической энергии на тепловых электростанциях, для целейобщественного и хозяйственного теплоснабжения [18].В России уровень выработки теплоэнергии на Теплоэлектроцентралях(ТЭЦ), т.е.

в режиме когенерации, сохраняется практически на одном уровне,порядка 470 млн. Гкал в год, что в 2014 году составило 36,6 % от общейвыработки. На рисунке 9 представлена информация об отпуске тепловойэнергии ТЭЦ и котельными с 2000 по 2014 год.38Источник: [165].Рисунок 9 – Отпуск тепловой энергии ТЭЦ и котельнымиВ то же время многочисленные котельные производят тепло безполучения электроэнергии, при этом они потребляют больше топлива наединицу произведенной тепловой энергии: среднее значение удельного расходаусловного топлива на производство 1 гкал для котельных составило 190,1 кгусловного топлива/гкал, в то время как для когенерационных установок ПГУ,ГТУ и ГПА этот показатель составил 128,8 кг условного топлива/гкал.Все это обуславливает целесообразность преобразования в ТЭЦ, в первуюочередь, котельных, работающих на газе, поскольку они к этому наиболееподготовлены.

В частности, использование жидкого топлива значительноудорожает энергоснабжение, а небольшие электростанции на твердом топливетребуют больших капитальных вложений и последующих затрат на ихобслуживание. Тем более что большинство котельных изношены, онистроились для работы на каменном угле, но в процессе газификации былипереведены на газ, поэтому их тепловая эффективность очень низкая [109].На рисунке 10 приведены данные о доле когенерации в производстветеплоэлектроэнергии в различных странах мира. Среди стран мира Россиянаходится не на последнем месте по доле когенерации в производстве39теплоэлектроэнергии, однако потенциал роста очень существенный. Имеютсяоценки, согласно которым, потенциал сооружения в России только малых ГТУТЭЦ вместо неэкономичных устаревших котельных в городах и поселкахсоставляет суммарную электрическую мощность в 100 ГВт, количеством12900 штук [110].60%50%40%30%20%10%0%Источник: [115].Рисунок 10 – Доля когенерации в производстве теплоэлектроэнергии вразличных странах мираБлагодаря использованию новейших технологий когенерация принесетзначительную экономию затраттоплива, уменьшит избытки мощностикрупных тепловых электростанций, улучшит экологию в городах.

В конечномсчете, это послужит сдерживанию темпов роста тарифов на электрическую итепловую энергию для потребителей [154].Повышение эффективности использования твердого топлива.Под твердым топливом обычно понимается уголь, торф, сланец, твердыебытовые отходы (ТБО), древесина, а также к ним можно отнести биомассу ввиде пеллет [85]. В нашей стране уровень газификации по данным ПАО«Газпром» составила 65,4%, при этом его доказанных запасов при текущемуровне добычи должно хватить на 45 лет [162].

В свою очередь запасы угля вРоссии, оцениваемые в 157 млрд. т, и уровень его добычи 373,4 млн. т поданным Минэнерго в 2015 году, а также наличие постоянно возобновляемой40биомассы, позволяют говорить практически о неисчерпаемости твердыхтоплив, в связи с чем, развитие технологий на основе твердых топлив являетсяактуальной задачей.Можно выделить две основные технологии использования твердоготопливаУказанныев распределенной энергетике: прямое сжигание и газификация.технологииявляютсядостаточноразвитымииширокоприменяемыми во всем мире.

Принципиальная разница между ними состоит вналичиидополнительного этапа преобразования твердого топлива вгазообразное с его дальнейшим сжиганием и получением теплоэлектроэнергии.Развитие технологий прямого сжигания идет по пути повышенияэффективности и улучшения экологических показателей [93]. Но прямоесжигание твердых топлив для получения электроэнергии в энергоустановкахмощностью менее 5 МВт имеет низкий КПД, и, как правило, используетсятолько для целей теплоснабжения.Первоначальное получение генераторного газа из твердого топлива сдальнейшим срабатыванием его в газовых турбинах и газопоршневыхустановках позволяет решить данную проблему, при этом обеспечиваяповышение экологических параметров. Однако стоимость электростанций,работающих на генераторном газе из твердого топлива, значительно вышетрадиционных технологий [75].

Экономическая целесообразность применениятакого оборудования напрямую зависит от эксплуатационных расходов, иограничивается их внедрением на наиболее удаленных территориях с высокойстоимостью доставки традиционных видов топлива.Развитие технологий возобновляемых источников энергии (ВИЭ).Решение экологических проблем делает все более актуальной задачейиспользование ВИЭ. Согласно данным МЭА 60 центов с каждого доллараинвестиций в новые электростанции до 2040 года будет расходоваться натехнологии возобновляемой энергетики [146]. За период с 2004 по 2014 годдоля ВИЭ в общей выработке электроэнергии в Европейском Союзе выросла с8% до 16%, и ставится цель достижения до 2020 года доли 20% [181].41В России мощность генерирующих объектов, функционирующих наоснове использования возобновляемых источников энергии (без учетагидроэлектростанций установленной мощностью свыше 25 МВт) в 2015 годусоставила 906,3 МВт, что составляет 0,38 %.

Динамика установленноймощности объектов ВИЭ приведена на рисунке 11.1000900Мощность, ГВт800700600500906,3400706,9300200381,81000201320142015Источник: [182].Рисунок 11 – Мощность генерирующих объектов, функционирующих на основеиспользования возобновляемых источников энергии (без учетагидроэлектростанций установленной мощностью свыше 25 МВт)Ветроваяэнергетикаконкурентоспособныхявляетсяисточниководнимизвозобновляемойсамыхэкономическиэнергиииможетконкурировать без специальной поддержки на рынках электроэнергии(например, Новой Зеландии и Бразилии). Большую часть новых мощностейветровой энергетики построили Китай, США, Германия и Испания.

В 2013 г. натерритории 10 стран Европы было установлено 277 оффшорных ветряныхтурбин, суммарная мощность которых составляет 1045 МВт [187].В 2014 году совокупные инвестиции в возобновляемые источникиэнергии составили 270 млрд. долл. При этом наибольший объем вложенийсреди стран мира осуществил Китай (83,3 млрд.

долл.), а основнымнаправлением инвестиций в ВИЭ является солнечная энергетика, на развитиекоторой в 2014 году суммарно направлено 87 млрд. долл. [144, с. 79]42Стохастический режим работы, свойственный ветровым и солнечнымэлектростанциям,вынуждаетиспользоватьтотилиинойспособаккумулирования энергии. Данное направление является перспективным, нохарактеризуетсявысокимибарьерамидляразвитияиширокогораспространения (технические барьеры и высокая стоимость разработки).Интенсивныепозволилиснизитьразработкистоимостьиосвоениеэнергии,промышленныхпроизводимойтехнологийспомощьюэнергоустановок на основе ВИЭ, тем самым повысив экономическуюэффективность их эксплуатации [112, с.