Перспективы развития теплоэнергетики в России

Итоги экспертного опроса

Москва, январь 200 7

ПРЕАМБУЛА

Осенью 2006 г. специализированный Интернет-портал «Информационный центр реформы ЖКХ» (http://www.gkh-reforma.ru/) и Некоммерческое партнерство «Российское теплоснабжение» () провели вторую серию экспертных исследований по проблематике энергетики и ЖКХ. Центральной темой этого экспертного опроса стала ситуация в российской тепловой энергетике, и исследование получило название «Перспективы развития теплоэнергетики в России» .

Целью исследования стало изучение мнений представителей экспертного сообщества о состоянии дел в российской теплоэнергетике в период системных реформ в энергетике в целом, формирования рыночных отношений в этом секторе. Основной ракурс исследования был направлен на выявление позиций экспертов по наиболее острым проблемам теплоэнергетики: законодательное регулирование, создание современной инфраструктуры, формирование конкуренции, инвестиционная привлекательность отрасли, соблюдение интересов потребителей.

Участниками исследования выступили представители профессиональных объединений в теплоэнергетике, органов власти, теплоснабжающих и энергетических компаний, эксперты, консультанты и аналитики рынка.

Мы выражаем благодарность всем участникам исследования за содействие в проведении экспертного опроса и надеемся, что подобные инициативы будут способствовать развитию коммуникации и дискуссиям внутри экспертного сообщества.

1. СОСТОЯНИЕ РОССИЙСКОЙ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ. СИСТЕМНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

В числе главных проблемных зон, наиболее остро обозначившихся на сегодняшний день в тепловой энергетике, участники экспертного опроса выделили следующие.

1. Износ фондов.

2. Дисбаланс позиций электро- и теплоэнергетик.

3. Кадровый вопрос.

4. Отсутствие стратегии развития отрасли.

5. Тепло- и ресурсосбережение.

1.1. Износ фондов

Эта острая проблема присуща практически всем инфраструктурным отраслям российской экономики, в том числе и теплоэнергетической сфере. Участники экспертного опроса приводят приблизительные масштабы износа мощностей, которые оцениваются на уровне 60%. Этот уровень износа характерен и для «большой» энергетики, и для сферы жилищно-коммунального хозяйства. При этом эксперты отмечают приблизительный характер этих цифр, поскольку точный уровень износа оборудования установить очень сложно:

• Оборудование устарело на 60-70%. Это экспертная оценка, тут расчетов математических не существует.

Эксперты выделили основные составляющие и «производные» износа фондов в тепловой энергетике:

Устаревшее оборудование генерации тепла, транспортировки и потребления;

Морально устаревшее и изношенное оборудование ТЭС и котельных, что вызывает низкий КПД при их работе и нарастающее число отказов с соответствующими отрицательными последствиями.

Велико количество аварий и утечек, конструкция теплопроводов устарела, вследствие чего возникают высокие тепловые потери.

Особо отмеченный острый фактор - износ тепловых сетей:

• В России примерно до 200 тысяч км коммунальных сетей. Из них более половины уже исчерпало свой амортизационный срок. Изношенность этих сетей достигла 60-70%, а примерно 25-30% вообще в аварийном состоянии. Поэтому сегодня надо менять минимум 10-12% труб каждый год. А меняется 1% по России. Самая сегодня острая проблема в теплоснабжении.

1.2. Электроэнергетика и теплоэнергетика: неравенство позиций

Часть экспертов, принимавших участие в исследовании, высказала точку зрения на положение тепловой энергетики по отношению к «большой» энергетике, как неравноправное, или «ущемленное». Это выражается в ряде факторов. С одной стороны, нормативно-правовая база функционирования электроэнергетики и тепловой энергетики сформирована «под электроэнергетику» с учетом интересов последней, тогда как нормативное регулирование многих аспектов деятельности тепловой энергетики выстроено невыгодным образом для нее. Кроме того, неравное положение «большой» и «малой» энергетики заключается в отсутствии или недостаточности учета интересов тепловой энергетики в ходе реформы электроэнергетической отрасли России. Так, при создании отдельных механизмов рыночной системы в отрасли (НП «Администратор торговой системы» /НП АТС/), жизненно важные для тепловой энергетики вопросы, в частности, комбинированное производство тепла и электричества (когенерация), не были отражены должным образом.

• Реформа электроэнергетики РАО «ЕЭС» не предусматривает направлений радикального улучшения ситуации с теплоэнергетикой.
• Нормативно-правовая база сильно подготовлена монополистом - РАО «ЕЭС России». Вот по «Администратору торговой системы». Только электроэнергия. А комбинированное производство тепла, теплоэнергию, они не рассматривают. Для них это на заднем плане, вторсырье какое-то.

1.3. Кадры

По оценкам экспертов, кадровая проблема может быть отнесена к перечню наиболее острых. И по своей специфике она сходна с кадровой проблемой в электроэнергетике . С одной стороны - дефицит кадров и новых специалистов, с другой - перекос в сторону от «профессионалов» к «менеджерам», от профессиональных энергетиков к «управленцам»:

• Нас, технарей, специалистов, отодвинули на задний план. Впереди менеджеры, экономисты, кадровики, бездарные, безграмотные, но сильно уверенные. Но они не чувствуют ни технологию, ни смысл этого.
• Нет программы, политики подготовки кадров. Мы выпускаем студентов. Но мы этих студентов не готовим, методику не даем. Поверхностные знания. А это должна быть техническая учеба на энергетических станциях.Нет базовой практики как таковой.

1.4. Отсутствие стратегии развития тепловой энергетики

Участники исследования обратили внимание на то обстоятельство, что тепловая энергетика в настоящий момент функционирует фактически без какой-либо системы долгосрочного планирования развития. Если раньше, в советское время в рамках системы Госплана на годы вперед планировалось развитие мощностей, сетей и т.д., то с распадом прежней политической системы тепловая энергетика оказалась вынуждена практически 10 лет работать без какой-либо серьезной системы планирования развития.

• Существовал Госплан, и в городах разрабатывали программы развития города. На этой основе разрабатывались генеральные планы развития инженерных систем, в том числе и теплоснабжение. Эти планы корректировались раз в 5 лет. И под эти планы Госплан выделял средства на строительство, на реконструкцию. В перестройку вся эта система рухнула.
• Вся тепловая энергетика была брошена на муниципальную власть. Плановая экономика в момент рухнула, каждый выбирается, как может.

Кроме того, по мнению многих представителей отрасли, сегодня назрела жизненная необходимость решения проблемы стратегического планирования. В этой ситуации эксперты считают актуальным говорить о необходимости создания структуры, курирующей вопросы стратегического развития и планирования (тепловой энергетики, или промышленности и экономики в целом), и уже отмечаются примеры подобных инициатив и предложений на уровне государственной власти.

• Губернатор Красноярского края предложил создание стратегического центра, по сути, прообраз Госплана. Жизнь требует создания такого органа. А Минрегион предложил свой вариант - перераспределить все функции и финансовые возможности. Так или иначе вопрос должен быть решен. В том или ином варианте. Мы активно готовы подключаться.

1.5. Тепло- и ресурсосбережение

Нерешенность проблемы сбережения тепла и энергоресурсов, требующихся для его производства, влечет за собой другие негативные явления, неблагоприятно сказывающиеся как на отрасли, так и на потребителе. Одна из них - рост тарифов. По мнению участников опроса, одной из существенных причин роста тарифов на тепло являются тепловые потери, возникающие, главным образом, вследствие устаревшего и изношенного оборудования. Схематично цепочка выглядит следующим образом: «Дешевое/устаревшее оборудование - высокие потери - возмещение потерь тепловыми предприятиями - рост тарифов».

Эксперты приводят пример зарубежных стран, где тарифы на тепло практически не растут (или же растут довольно медленно и незначительно), в том числе и потому, что минимизированы потери. В России же потери при транспортировке компенсируются за счет роста тарифов. При этом, по мнению экспертов, специальных надзорных органов недостаточно, необходимо еще стимулировать/вынуждать тех, кто транспортирует тепло, на внедрение современных конструкций, предотвращающих тепловые потери. Сегодняшней российской действительности, отмечают эксперты, в значительной мере свойственно отсутствие стимула беречь ресурсы, в т.ч. тепло и электричество, внедрять энергосберегающие технологии и оборудование. Это вызвано и низкими внутренними ценами на энергоресурсы, с одной стороны, и высокой стоимостью внедрения энергосберегающих технологий, с другой. При такой ситуации само энергосбережение теряет смысл.

Тепловая часть электростанций на каждом этапе своего развития определяется прежде всего техническим уровнем основных агрегатов теплоэнергетического оборудования: паровых котлов и паровых двигателей.

В зависимости от мощности, параметров и габаритов этого оборудования решались вопросы компоновки станций, в развитии которых можно выделить 4 этапа.

Первый этап характеризуется применением ручных топок со слоевым сжиганием топлива на плоских колосниковых решетках, расположенных под котлами разных типов - от жаротрубных до горизонтальных водотрубных. Паропроизводительность водотрубных котлов 3 т/ч и мощность паровых двигателей до 5000 кВт. Применяли пар давлением до 15 атм. с перегревом до 300 °С.

Этот этап для наиболее развитых в экономическом отношении стран относится в основном к концу XIX века.

Первая четверть XX века характеризуется качественными изменениями в трех направлениях:

Механизация топок, так как ручная загрузка становится непосильной при возросшей производительности: для бурых углей разработана конструкция ступенчатых топок, для каменных - топок с цепными решетками;

Переход к водотрубным котлам с меньшими диаметрами барабанов и большим количеством труб в связи с ростом давления пара и производительности котла. Основные типы котлоагрегатов в этот период -горизонтально и вертикально водотрубные котлы;

Замена паровой машины паровой турбиной. Количественные характеристики значительно возрастают: паропроизводительность достигает 30 т/ч, мощность турбогенераторов - 30 000 кВт. Качественные характеристики: давление пара до 40 атм., перегрев до 420 °С.

Для второго этапа характерно соотношение между числом турбин и котлов 1: 5 -г 1: 8. Необходимость установки 5-8 котлов на одну турбину сказывалась прежде всего на компоновке тепловой части электростанций с 2-х рядным размещением котлов.

На третьем этапе наблюдался переход к факельному сжиганию угольной пыли в громадных камерных топках, экранированных для защиты облицовки радиационными поверхностями нагрева, которые увеличивали удельную паропроизводительность. Стремление интенсифицировать процесс горенья вызывает введение воздухоподогревателей. Паропроизводительность котлов достигает 400 т/ч, мощность турбогенераторов - 120 ООО кВт. Давление пара возрастает до 125 атм., что вынуждает применять промежуточный перегрев пара во избежание слишком большого его увлажнения на последних дисках конденсационных турбин. Температура пара перед турбиной достигает 525°С.

Для этого периода характерно применение однобарабанных и безбарабанных котлов. Их количество на турбину снижается и доходит до одного, а котельные становятся однорядными, расположенными параллельно машинному залу. Так происходит возникновение «блочных» станций (блок: котел-турбина).

Развитие блочных установок характеризует четвертый этап. Современный этап отличается высокой паропроизводительностью котлоагрегатов (до 2 500 т/ч и больше), способных снабжать паром находящуюся в блоке турбину мощностью 300, 500 и 800 МВт. Сверхкритические параметры пара требуют осуществления его двойного промежуточного перегрева .

Основными типами тепловых электростанций являются: паротурбинные конденсационные (КЭС) и теплофикационные (ТЭЦ).

Основными направлениями их развития всегда являлось укрупнение мощности устанавливаемого на них энергетического оборудования.

При этом если в 20 - 30 годы XX века единичная мощность энергетического оборудования ограничивалась размерами возможного резерва -в энергетической системе ограниченной мощности выход из строя крупного агрегата мог повлечь за собой весьма серьезные последствия для всей системы, то теперь, по мере создания крупнейших объединенных энергетических систем, эти ограничения были сняты - теперь мощность одного агрегата ограничивается не возможностями электроэнергетики, а достигнутым уровнем металлургической и машиностроительной промышленности.

В последние годы развитие конденсационных электростанций во всех развитых странах идет по блочной схеме (самый современный блок - один котел и одновальная турбина). Мощность таких блоков уже достигает 800 МВт (Славянская ГРЭС), а мощность самих электростанций достигает 3000 - 4000 МВт.

Все большее распространение в мировой теплоэнергетике получают теплофикационные электростанции. Их особенность состоит в том, что пар, отбираемый из нескольких участков проточной части паровых теплофикационных турбин, отдает свое тепло воде, проходящей через ряд водоподогревателей и затем отправляемой в теплофикационную сеть для использования промышленными и городскими потребителями.

В области комбинированного производства тепловой и электрической энергии наша страна всегда занимала ведущие позиции. Первой такой электростанцией была электростанция №3 в Ленинграде (1924 г.).

Мощность одной теплоэлектростанции достигает 1000 МВт и более. Однако мощность ТЭЦ не может возрастать выше определенной величины, которая ограничивается потребностями не в электроэнергии, подаваемой в энергетическую систему, а потребностями в тепловой энергии и допустимыми протяженностями тепловых сетей. Например, в городах с населением менее 1 млн чел. целесообразно сооружать ТЭЦ с турбоагрегатом мощностью 250 МВт.

Все более заметную роль в современной электроэнергетике играют атомные станции.

Первая промышленная атомная электростанция (АЭС) мощностью 5 МВт вступила в строй в июне 1954 года в городе Обнинске.

Опыт работы атомных электростанций у нас и в таких густонаселенных странах, как Англия, Франция, Германия, Япония, показывает, что при выполнении ряда определенных технических требований соблюдается полная радиационная безопасность для персонала станций и населения близлежащих районов.

Для АЭС не требуется строить громоздкие склады топлива и предусматривать большие территории для золо- и шлакоотвалов.

По техническим и экологическим соображениям следует ожидать быстрого прогресса в строительстве АЭС .

Достижение нового уровня развития какой - либо отрасли техники всегда порождает и новые проблемы. Так, наращиванье мощности электростанций за счет ввода крупных блоков при сверхкритических параметрах пара сделало актуальным решение проблемы регулирования суточных графиков нагрузок. Для покрытия пиков нагрузок велись разработки новых типов электростанций и агрегатов. За последние годы в теплоэнергетике началось использование газотурбинных и парогазовых установок.

В газотурбинных установках (ГТУ) роль генераторов газа повышенного давления играют турбореактивные двигатели, в частности отработавшие свой ресурс авиационные и судовые двигатели. Они весьма маневренны, запускаются за несколько минут, значительно проще в эксплуатации и дешевле паротурбинных. Отсутствие котельных агрегатов и ряда вспомогательных систем, а также указанные выше достоинства делают ГТУ экономичными и перспективными.

Другим примером нового достижения на пути повышения экономической эффективности теплового цикла и маневренности являются парогазовые установки (ПГУ), соединяющие в себе преимущества ГТУ (высокие начальные температуры цикла) и паротурбинных (низкие конечные температуры).

К числу новых способов использования природных энергетических источников можно отнести строительство геотермальных электростанций. В 1966 году на Камчатке был введен в эксплуатацию экспериментальный турбогенератор мощностью 2 500 кВт. Однако в ближайшем будущем широких масштабов строительства геотермальных электростанций не предвидится, в частности, из-за большого количества минеральных солей, содержащихся в геотермальных водах, с отложениями которых весьма трудно бороться.

Напротив, исключительно большие преимущества открываются в новейшей области энергетики высоких температур: использование плазмы в целях преобразования тепловой энергии в электрическую, минуя обычный тепловой цикл. Ближайшая реализация этого направления состоит в использовании магнитогидродинамических генераторов (МГД -генераторов).

В МГД - генераторе поток "горячих" электропроводящих газов направляется в межполюсное пространство мощных электромагнитов. Движение такого газа равносильно движению якоря с проводниками в магнитном поле, только ЭДС наводится в "мысленных" проводниках, образованных в слое газа. При помощи электродов, установленных по всей длине канала, электрическая энергия отводится во внешнюю цепь. Таким образом преобразование тепловой энергии происходит без турбины, без каких либо вращающихся частей.

Работа при высоких температурах (~2500 °С) позволяет весь цикл сделать исключительно экологичным. Применение МГД - генераторов в большой энергетике позволит примерно в 1,5 раза сократить затраты топлива на производство электроэнергии по сравнению с обычными тепловыми станциями. Замечательной особенностью МГД - генераторов является то, что они не требуют охлаждения водой и, следовательно, не загрязняют водоемы, а меньший относительный расход топлива и более полное его сгорание уменьшают загрязнения атмосферы. У нас уже работает МГД - генератор на 200 кВт, сооружается промышленная электростанция с МГД - генератором мощностью 25 МВт .

Дальнейшим развитием применения плазмы является создание термоядерного генератора, в котором будет использован сверхнагретый поток водорода в сверхсильном магнитном поле, образованном электромагнитами со сверхпроводником в качестве обмотки возбуждения.

Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Презентация представляет собой дополнительный материал к урокам, посвящённым развитию энергетики. Энергетика любой страны является основой развития производительных сил, создания материально – технической базы общества. В презентации отражены проблемы и перспективы всех видов энергетики, перспективные (новые) виды энергетики, используется опыт музейной педагогики, самостоятельные поисковые работы обучающихся (работа с журналом «Япония сегодня»), творческие работы обучающихся (плакаты). Презентацию можно использовать на уроках географии в 9 и 10 классах, во внеурочной деятельности (занятиях на факультативах, элективных курсах), в проведении Недели географии «22 апреля – День Земли», на уроках экологии и биологии «Глобальные проблемы человечества. Сырьевая и энергетическая проблема».

В своей работе я использовала метод проблемного обучения, который заключался в создании перед обучающимися проблемных ситуаций и разрешении их в процессе совместной деятельности учащихся и учителя. При этом учитывалась максимальная самостоятельность обучающихся и под общим руководством учителя, направляющего деятельность обучающихся.

Проблемное обучение позволяет не только сформировать у обучающихся, необходимую систему знаний, умений и навыков, достигать высокого уровня развития школьников, но, что особенно важно, оно позволяет сформировать особый стиль умственной деятельности, исследовательскую активность и самостоятельность обучающихся. При работе с данной презентацией у обучающихся проявляется актуальное направление – исследовательская деятельность школьников.

Отрасль объединяет группу производств, занятых добычей и транспортировкой топлива, выработкой энергии и передачей её потребителю.

Природные ресурсы, которые используют для получения энергии – это топливные ресурсы, гидроресурсы, ядерная энергия, а также альтернативные виды энергии. Размещение большинства отраслей промышленности зависит от развития электроэнергии. Наша страна располагает огромными запасами топливно – энергетических ресурсов. Россия была, есть и будет одной из ведущих энергетических держав мира. И это не только потому, что в недрах страны находится 12% мировых запасов угля, 13% нефти и 36% мировых запасов природного газа, которых достаточно для полного обеспечения собственных потребностей и для экспорта в сопредельные государства. Россия вошла в число ведущих мировых энергетических держав, прежде всего, благодаря созданию уникального производственного, научно – технического и кадрового потенциала ТЭК.

Сырьевая проблема

Минеральные ресурсы – первоисточник, исходная основа человеческой цивилизации практически во всех фазах ее развития:

– Топливные полезные ископаемые;
– Рудные полезные ископаемые;
– Нерудные полезные ископаемые.

Современные темпы энергопотребления растут в геометрической прогрессии. Если даже учесть, что темпы роста потребления электроэнергии несколько сократятся из-за совершенствования энергосберегающих технологий, запасов электрического сырья хватит максимум на 100 лет. Однако положение усугубляется ещё и несоответствием структуры запасов и потребления органического сырья. Так, 80% запасов органического топлива приходится на уголь и лишь 20% на нефть и газ, в то время как 8/10 современного энергопотребления приходится на нефть и газ.

Следовательно, временные рамки ещё более сужаются. Однако лишь сегодня человечество избавляется от идеологических представлений о том, что они практически бесконечны. Ресурсы минерального сырья ограничены, фактически невосполнимы.

Энергетическая проблема.

Сегодня энергетика мира базируется на источниках энергии:

– Горючих минеральных ископаемых;
– Горючих органических ископаемых;
– Энергия рек. Нетрадиционные виды энергии;
– Энергия атома.

При современных темпах подорожания топливных ресурсов Земли проблема использования возобновляемых источников энергии становится всё более актуальной и характеризует энергетическую и экономическую независимости государства.

Преимущества и недостатки ТЭС.

Преимущества ТЭС:

1. Себестоимость электроэнергии на ГЭС очень низкая;
2. Генераторы ГЭС можно достаточно быстро включать и выключать в зависимости от потребления энергии;
3. Отсутствует загрязнение воздуха.

Недостатки ТЭС:

1. Строительство ГЭС может быть более долгим и дорогим, чем других энергоисточников;
2. Водохранилища могут занимать большие территории;
3. Плотины могут наносить ущерб рыбному хозяйству, поскольку перекрывают путь к нерестилищам.

Преимущества и недостатки ГЭС.

Преимущества ГЭС:
– Строятся быстро и дешево;
– Работают в постоянном режиме;
– Размещены практически повсеместно;
– Преобладание ТЭС в энергетическом хозяйстве РФ.

Недостатки ГЭС:

– Потребляют большое количество топлива;
– Требует длительной остановки при ремонтах;
– Много тепла теряется в атмосфере, выбрасывают много твердых и вредных газов в атмосферу;
– Крупнейшие загрязнители окружающей среды.

В структуре выработки электроэнергии в мире первое место принадлежит тепловым электростанциям (ТЭС) – их доля составляет 62%.
Альтернативой органическому топливу и возобновляемым источником энергии является гидроэнергетика. Гидроэлектростанция (ГЭС) - электростанция, в качестве источника энергии использующая энергию водного потока. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища. Гидроэнергетика – это получение электроэнергии за счет использования возобновляемых речных, приливных, геотермальных водных ресурсов. Это использование возобновляемых водных ресурсов предполагает управление паводками, укрепление русла рек, переброс водных ресурсов в районы, страдающие от засухи, сохранение подземных токовых вод.
Однако и здесь источник энергии достаточно сильно ограничен. Это связано с тем, что крупные реки, как правило сильно удалены от промышленных центов либо их мощности практически полностью использованы. Таким образом, гидроэнергетика, в настоящий момент обеспечивающего около 10% производства энергии в мире, не сможет существенно увеличить эту цифру.

Проблемы и перспективы АЭС

В России доля атомной энергии достигает 12%. Имеющиеся в России запасы добытого урана обладают электропотенциалом в 15 трлн. кВт.ч, это столько сколько смогут выработать все наши электростанции за 35 лет. На сегодня только атомная энергетика
способна резко и за короткий срок ослабить явление парникового эффекта. Актуальной проблемой является безопасность АЭС. 2000 год стал началом перехода принципиально новые подходы к нормированию и обеспечению радиационной безопасности АЭС.
За 40 лет развития атомной энергетики в мире построено около 400 энергоблоков в 26 странах мира. Основными преимуществами атомной энергетики являются высокая конечная рентабельность и отсутствие выбросов в атмосферу продуктов сгорания, основными недостатками является потенциальная опасность радиоактивного заражения окружающей среды продуктами деления ядерного топлива при аварии и проблема переработки использованного ядерного топлива.

Нетрадиционная (альтернативная энергетика)

1. Солнечная энергетика . Это использование солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует возобновляемый источник энергии и в перспективе может стать экологически чистой.

Преимущества солнечной энергии:

– Общедоступность и неисчерпаемость источника;
– Теоретически, полная безопасность для окружающей среды.

Недостатки солнечной энергии:

– Поток солнечной энергии на поверхности Земли сильно зависит от широты и климата;
– Солнечная электростанция не работает ночью и недостаточно эффективно работает в утренних и вечерних сумерках;
Фотоэлементы содержат ядовитые вещества, например, свинец, кадмий, галлий, мышьяк и т. д., а их производство потребляет массу других опасных веществ.

2. Ветроэнергетика . Это отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании энергии ветра - кинетической энергии воздушных масс в атмосфере. Так как энергия ветра является следствием деятельности солнца, то её относят к возобновляемым видам энергии.

Перспективы ветроэнергетики.

Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью, так в конце 2007 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 94,1 гигаватта, увеличившись впятеро с 2000 год. Ветряные электростанции всего мира в 2007 году произвели около 200 млрд кВт·ч, что составляет примерно 1,3 % мирового потребления электроэнергии. Прибрежная ферма ветроэнергетических установок Миддельгрюнден, около Копенгагена, Дания. На момент постройки она была крупнейшей в мире.

Возможности реализации ветроэнергетики в России. В России возможности ветроэнергетики до настоящего времени остаются практически не реализованными. Консервативное отношение к перспективному развитию топливно-энергетического комплекса практически тормозит эффективное внедрение ветроэнергетики, особенно в Северных районах России, а также в степной зоне Южного Федерального Округа, и в частности в Волгоградской области.

3. Термоядерная энергетика. Солнце - природный термоядерный реактор. Ещё более интересной, хотя и относительно отдалённой перспективой выглядит использование энергии ядерного синтеза. Термоядерные реакторы, по расчётам, будут потреблять меньше топлива на единицу энергии, и как само это топливо (дейтерий, литий, гелий-3), так и продукты их синтеза нерадиоактивны и, следовательно, экологически безопасны.

Перспективы термоядерной энергетики. Данная область энергетики имеет огромный потенциал, в настоящее время в рамках проекта "ITER", в котором участвуют Европа, Китай, Россия, США, Южная Корея и Япония во Франции идет строительство крупнейшего термоядерного реактора, целью которого является вывести УТС (Управляемый термоядерный синтез) на новый уровень. Строительство планируется завершить в 2010 году.

4. Биотопливо, биогаз. Биотопливо - это топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результате переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса, кукурузы, сои. Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель) и газообразное (биогаз, водород).

Виды биотоплива:

– Биометанол
– Биоэтанол
– Биобутанол
– Диметиловый эфир
– Биодизель
– Биогаз
– Водород

На данный момент самые развитые – биодизель и водород.

5. Геотермальная энергия. Под вулканическими островами Японии скрыты огромные количества геотермальной энергии, этой энергией можно воспользоваться извлекая горячую воду и пар. Преимущество: выделяет примерно в 20 раз меньше углекислого газа при производстве электричества, что снижает ее влияние на глобальную окружающую среду.

6. Энергия волн, приливов и отливов. В Японии важнейший источник энергии волновые турбины, которые преобразуют вертикальное движение океанских волн в давление воздуха вращающего турбины электрогенераторов. На побережье Японии установлено большое количество буев, использующих энергию приливов и отливов. Так используют энергию океана для обеспечения безопасности океанского транспорта.

Огромный потенциал энергии Солнца мог бы теоритически обеспечить все мировые потребности энергетики. Но КПД преобразования тепла в электроэнергию всего 10%. Это ограничивает возможности Солнечной энергетики. Принципиальные трудности возникают и при анализе возможностей создания генераторов большой мощности, использующих энергию ветра, приливы и отливы, геотермальную энергию, биогаз, растительное топливо и т.д. Всё это приводит к выводу об ограниченности возможностей рассмотренных так называемых «воспроизводимых» и относительно экологически чистых ресурсов энергетики, по крайней мере, в относительно близком будущем. Хотя эффект от их использования при решении отдельных частных проблем энергообеспечения может быть уже сейчас весьма впечатляющим.

Конечно, существует оптимизм по поводу возможностей термоядерной энергии и других эффективных способов получения энергии, интенсивно исследуемых наукой, но при современных масштабах энергопроизводства. При практическом освоении этих возможных источников потребуется несколько десятков лет из-за высокой капиталоёмкости и соответствующей инерционности в реализации проектов.

Исследовательские работы обучающихся:

1. Спецрепортаж «Зеленая энергия» для будущего: «Японии является мировым лидером по производству солнечной электроэнергии. 90% солнечной энергии, производимой в Японии, вырабатывается солнечными панелями в обычных домах. Японское правительство поставило цель в 2010 году получить примерно 4,8 млн. кВт энергии от солнечных батарей. Производство электроэнергии из биомассы в Японии. Из кухонных отходов выделяют газ метан. На этом газе работает двигатель, который генерирует электричество, также создаются благоприятные условия для защиты окружающей среды.

Статьи Рисунки Таблицы

Тепловые электростанции. Перспективы развития

из "Топливо Кн3"

Тепловые электростанции (ТЭС) составляли основу энергетической базы СССР . На их долю в конце 80-х годов прошлого столетия приходилось около 75 % вырабатываемой электроэнергии и примерно 50 % тепловой энергии. Планрфовалось, что и впредь, несмотря на строительство атомных и гидравлических станций, сохранится главенствующая роль ТЭС в покрытии энергопотребления страны.
Если говорить уже не об СССР, а о России, то ситуация с ТЭС меняется, но, похоже, не в лучшую сторону. Продемонстрируем это фрагментами выступлений самых высокопоставленных чиновников в энергетическом руководстве страны.
Вначале - высшего руководства РАО ЕЭС России . Приводим цитату дословно.
Поэтому, с моей точки зрения, что мы должны предпринять в ценообразовании Мы должны освободить ТЭЦ от необходимости распределения затрат на тепло и электроэнергию по каким-то нормативам. Надо полностью освободить и предоставить право хозяйствующему субъекту формировать тарифы на тепло таким образом, чтобы не появлялся его конкурент (выделение - наше). Стоимость гигакалории должна быть равна или ниже возможного альтернативного источника в зоне теплоснабжения. В таком случае никто не будет строить котельные, будут брать тепло от ТЭЦ - это раз. Второе - электроэнергия - а ТЭЦ должна вырабатываться только в теплофикационном режиме, следовательно, у нас около 50% мощностей ТЭЦ окажутся незагруженными. Следовательно, мы должны заплатить только за ту часть мощности на ТЭЦ, которая является необходимой для обеспечения надежного энергоснабжения этого региона. Если диспетчер покупает какую-то мощность ТЭЦ допустим, 10-20 %, все остальные мощности надо законсервировать или демонтировать, и на их площадях строить совсем другие мощности - парогазовые турбинные установки, которые могут производить тепло и электроэнергию с КПД 55 %, а не 25 %, как это сейчас.
Извините, что я неоднозначно ответил на Ваш вопрос, но судьба ТЭЦ- это очень большая задача для энергетики.
Следует отметить, что РАО ЕЭС России все проблемы ТЭЦ видит в том, что...тарифы устанавливаем не мы, а государство.
Федеральная энергетическая комиссия причину тех же проблем ТЭЦ видит в том, что...производственные мощности теплофикационных установок не соответствуют структуре теплопотребления.
В одном все же эти федеральные ведомства едины-надо сделать так, чтобы у ТЭЦ советской поры любой ценой не появился конкурент.
Следует от себя заметить, что проблемами тепла РАО ЕЭС России уже активно занимается. Одно из направлений - это взять под свой контроль коммунальную энергетику. А если говорить по существу, то мы не можем согласиться с фразой из выступления руководства РАО ЕЭС России...тарифы устанавливаем не мы, а государство. Практика такова, что региональные АО-энерго из состава РАО ЕЭС России предлагают в Региональные энергетические комиссии (РЭК) тарифы на тепловую и электрическую энергию. А РЭК своими постановлениями их утверждает, в некоторых случаях их корректирует в соответствии с прогнозами правительства страны на предельные темпы роста тарифов естественных монополий. То есть, если бы РЭКи устанавливали тарифы на уровне запросов структур РАО ЕЭС России, то цена альтернативного тепла собственной генерации оказывалась бы не просто ниже, а во много, много раз ниже, чем в РАО ЕЭС России.
казалось бы, все должно быть наоборот, так как крупные электростанции региональных АО-энерго должны иметь вьш)дные технико-экономические показатели по сравнению с коммунальной энергетикой.
Паротурбинные электростанции являются главным типом ТЭС на органическом топливе, они делятся на станции, вырабатывающие только электроэнергию (конденсационные - КЭС) и служащие для комбинированного производства тепловой и электрической энергии (теплоэлектроцентрали - ТЭЦ). Основными преимуществами ТЭС является то, что они могут работать на всех видах минеральньк топлив (твердых, жидких и газообразных) с довольно высокими КПД (-40 %), а также вырабатывать не только электрическую, но и тепловую энергию. КПД современных ТЭЦ еще выше, и составляет примерно 65 %. Современные паротурбинные электростанции отличаются возможностью концентрации больших мощностей в одном агрегате, высокими технико-экономическими показателями и надежностью.
В паротурбинных ТЭС основными агрегатами являются паровой котел и турбина. Главным направлением технического прогресса ТЭС должен бьггь дальнейший рост единичной мощности энергетических блоков станций и их основного оборудования (котлов и турбин). На электростанциях освоены энергоблоки мощностью 300 и 500 МВт с паровыми котлами производительностью 1000 и 1650 т/ч, а также мощностью 800 МВт с котлами производительностью 2650 т/ч. Причем на газомазутных блоках 800 МВт средний эксплуатационный расход топлива составляет 319-320 г/(кВт-ч), что значительно ниже среднеотраслевого. Создан и эксплуатируется энергоблок 1200 МВт, имеюпщй газомазутную котельную установку с паровым котлом производительностью 3950 т/ч .
До конкретного обывателя (квартиросъемщика) в данном случае электроэнергия доходит через число трансформаций, обычно, более трех. То есть, каждый из нас, по экспертным оценкам, в силу сложившихся схем электросетей, вынужден платить примерно на 20 % больше только за счет потерь в этих сетях. То же самое может быть и при централизованном теплоснабжении, но уже в разы.
Отсюда можно сделать, по крайней мере, предположение, что концентрирование производства высококачественной энергии на крупных источниках вступает в противоречие со вторым законом термодинамики .

Основные показатели современного состояния ТЭС

Установленная мощность ТЭС по России – 148,4 млн. кВт, из которых около 50% составляют теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) и около 50% - конденсационные электростанции (КЭС).

Установленная мощность ТЭС в РАО «ЕЭС России» на 2004 г. - 121,4 млн. кВт. Производство электроэнергии на ТЭС РАО «ЕЭС России» - 521,4 млрд. кВт-ч. На РАО «ЕЭС России» было также выработано 465,8 млн. Гкал тепловой энергии, что эквивалентно 541,7 млрд. кВт-ч тепловой энергии.

В таблице 1 приводятся показатели топливопотребления по видам использованного топлива.

Таблица 1. Потребление топлива по РАО «ЕЭС России» по видам в 2004 г.

Эффективность ТЭС

Существующая эффективность конденсационных электростанций составляет 36,8%, а средний КПД э по КЭС и ТЭЦ холдинга - 29,45%.

Для сравнения различных энергетических сценариев необходимо иметь данные о КПД мощностей, производящих электроэнергию.

Полезной продукцией теплоэнергетики являются электроэнергия и тепло, вырабатываемые на ТЭЦ, КЭС и пиковых котельных.

Мощности КЭС предназначены только для выработки электроэнергии со сбросом в конденсаторы-охладители отработанного пара, содержащего около 50% первоначально подведенной энергии. Электрический коэффициент полезного действия (КПД э) таких станций сравнительно высок, однако обычно не превышает для имеющихся мощностей (КЭС) 40%.

Мощности ТЭЦ работают в «теплофикационном режиме», при котором нагреваемый пар используется последовательно в турбине для выработки электроэнергии, а остаточная энергия пара подается потребителям тепла. Теплофикационный отбор пара приводит к снижению электрического коэффициента полезного действия (КПД э) по сравнению с работой ТЭЦ в «конденсационном» режиме, при котором пар срабатывается в турбине полностью, но в дальнейшем сбрасывается в окружающую среду. В то же время общая эффективность использования топлива в теплофикационном режиме возрастает, поскольку отработанный пар, содержащий еще более половины энергии, почти полностью утилизируется. Эффективность использования топлива на ТЭЦ определяют коэффициентом использования топлива (КИТ), который может достигать 85% и выше. В отсутствие потребителей тепла, например, в летние месяцы, ТЭЦ может работать в конденсационном режиме, как и КЭС с аналогичным КПД э.

Пиковые котельные вырабатывают только тепло.

По РАО «ЕЭС России» основная часть тепловой энергии и более половины электроэнергии вырабатывается на ТЭЦ. Небольшая часть тепловой энергии вырабатывается в пиковых котельных, включаемых лишь в сильные морозы, при недостатке тепловой мощности, отбираемой с турбин. Доля топлива, расходуемого в таких котельных, может быть принята равной около 10% от его общего расхода по РАО «ЕЭС России», что соответствует данным.

В отчете РАО «ЕЭС России» за 2004 год приводятся данные по удельному расходу топлива раздельно на выработку тепловой и электрической энергии. Такое разделение условно и вводится в основном для оценки себестоимости производства того и другого вида энергии. Существуют различные методики разделения топливозатрат между производством тепла и электроэнергии на ТЭЦ. В дальнейших расчетах к расходу топлива на выработку тепловой энергии отнесено топливо, расходуемое в пиковых котельных, а также перерасход топлива, связанный со снижением КПД э ТЭЦ, работающей в теплофикационном режиме, по сравнению с конденсационным режимом.

В таблице 2, по данным, рассчитываются первичная энергия, потребленная РАО «ЕЭС России» на выработку энергии в различных режимах, а также средние по холдингу КИТ и КПД э. Для расчета данные, приведенные в по электрической и тепловой энергии, сначала объединяются, а потом из них выделяются средние показатели КИТ и КПД э с учетом принятой доли расхода топлива в пиковых котельных.

Таблица 2. Расчет основных показателей эффективности производства энергии на РАО «ЕЭС России»

Вид отпускаемой энергии	Полезный отпуск (2004 г.)	удельный расход топлива	КПД (КИТ)	Потребление первичной энергии
Электрическая энергия	521,4 млрд. кВт ч	334,1 г у.т./кВт ч		1418,2 млрд. кВт ч
Тепловая энергия	541,7 млрд. кВт ч	124,5 г у.т./кВт ч		549,1 млрд. кВт ч
Суммарный отпуск энергии, суммарные энергозатраты и коэффициент использования топлива	1063,1 млрд. кВт ч	КИТ= 1063,1/ 1967,2 = 54%		1967,2 млрд. кВт ч
Потребление первичной энергии на выработку тепла в пиковых котельных (оценочная доля от общего потребления – 10%)				196,7 млрд. кВт ч
Потребление первичной энергии на выработку электроэнергии в конденсационном и теплофикационном режимах, и средний электрический КПД		КПД э = 521,4/1770,5 = 29,45%		1770,5 млрд. кВт ч

Из таблицы 2 видно, что средний по холдингу КИТ (54%) сравнительно низок, из-за большой доли конденсационной выработки (если бы вся электроэнергия вырабатывалась в теплофикационном режиме, он бы достигал 70% и более).

Перспективы развития ТЭС

Для оценки «парогазового» сценария необходимо иметь представление о том, насколько может быть повышена существующая эффективность.

Согласно рекомендуемым требованиям, замещающее оборудование ТЭС на угле должно иметь КПД э 42-46% в конденсационном режиме, а ТЭС на природном газе – 52-58% в конденсационном режиме и 47% в теплофикационном. Такое резкое повышение КПД э для ТЭС, использующих природный газ, объясняется возможностью применения парогазовой технологии (ПГУ-ТЭС), при которой газ сжигается в энергетической газотурбинной установке (ГТУ) с получением электроэнергии, а тепло выхлопных газов утилизируется путем нагрева пара, используемого в обычной паровой турбине. Тепло пара, отработанного в паровой турбине, может быть использовано для нужд теплоснабжения, как и на обычной ТЭЦ (см. выше).

В предписано, что при строительстве новых ТЭС на газе можно использовать только парогазовые технологии.

В настоящее время в России существует не более десятка эксплуатирующихся и строящихся ПГУ–ТЭС, что не влияет существенно на средние показатели КПДэ и КИТ по РАО «ЕЭС России».

В таблице 3 приведены сведения о 6 таких станциях, по которым удалось получить сведения из открытых источников.

Таблица 3. Строящиеся и эксплуатирующиеся ПГУ-ТЭС в Российской Федерации

№ п/п	Наименование	Мощность, МВт	Агрегат	Электрический КПД нетто	удельные капитальные вложения $/кВт	стадия внедрения	Примечание	источник
	Северо-западная ТЭЦ блок № 1		ПГУ-450			Эксплуа-тируется	Строится второй блок той же мощности	собственные данные
	Ивановская ГРЭС блок № 1		ПГУ-325 с ГТЭ-110			строительство начато 24/02/05	Строительство планируется завершить в марте 2007 г.
	Сочинская ТЭС					Запущена в декабре 2004 г.
	Уфимская ТЭЦ-5		ПГУ-450 с ГТЭ - 160			начало строительства по плану - сентябрь 2002	завершение строительства 2007г
	Калининградская ТЭЦ-2		ПГУ-450 - 2 шт.			Первый блок запущен 28 октября 2005 г.
	Тюменская ТЭЦ-1					запущена 26 февраля 2004 г.	срок строительства - 4 года