6 июня 2018

Возобновляемые источники энергии в энергетике газовой отрасли


Автор статьи: заместитель генерального директора АО «НИПОМ», к.т.н., С.В. Голубев

За последние годы в России все активнее обсуждаются вопросы использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ), в том числе вопросы строительства ветровых и солнечных электростанций. И этому есть достаточно серьезные предпосылки.

До 65% территории России характеризуется средним и высоким уровнем ветровой активности (Рис.1), в том числе:

  • 45% территории со средне-годовой скоростью ветра 3,5 - 5,0 м/с;

  • 20% территории со средне-годовой скоростью ветра более 5,0 м/с.

Рис. 1. Карта ветровой активности на территории РФ.

 

До 65% территории России характеризуется средним и высоким уровнем солнечной активности (Рис.2), в том числе:

  • 40% территории с уровнем солнечной радиации 3,5 - 4,5 кВт.ч/м2 в сутки;

  • 25% территории с уровнем солнечной радиации более 4,5 кВт.ч/м2 в сутки.

Рис.2. Карта солнечной активности на территории РФ.

 

Наложение карт районов ветровой и солнечной активности показывает, что более 90% территории России имеет достаточный потенциал для использования возобновляемых источников энергии (Рис.3).

Рис. 3.

 

Кроме того, диаграммы сезонных и суточных периодов ветровой (рис.4) и солнечной (рис.5) активности показывают, что во многих случаях максимальная эффективность ВИЭ может достигаться при совместном использовании ветрогенераторов и солнечных модулей.

Рис.4.


Рис.5

 

Возобновляемые источники энергии на базе ветрогенераторных установок и солнечных модулей имеют целый ряд преимуществ:

  • высокий уровень автономности (для выработки энергии не требуется топлива);

  • современные технологии обеспечивают достаточно высокий уровень и постоянный рост эффективности использования потенциала ВИЭ;

  • современное оборудование на базе ВИЭ имеет значительный срок службы (более 20 лет) и высокий уровень надежности;

  • наличие накопителей энергии обеспечивает 5-7-кратную пиковую отдачу энергии без существенного увеличения затрат;

  • использование ВИЭ в составе энергоустановок и энергокомплексов существенно повышает эффективность использования топлива;

  • современный уровень автоматизации обеспечивает функционирование энергоустановок на базе ВИЭ по безлюдной технологии с минимальными эксплуатационными затратами;

  • энергоустановки на базе ВИЭ имеют высокий уровень экологичности.

 

Необходимо отметить, что наряду с преимуществами, ВИЭ имеют ряд существенных недостатков, в том числе:

  • зависимость выработки энергии от погодных условий, времени суток и сезонов года;

  • относительно невысокая удельная производительность солнечных панелей (до 200 Вт/м2), хотя в настоящее время этот показатель имеет тенденцию к улучшению;

  • относительно высокая стоимость энергоустановок на базе ВИЭ (в основном, за счет стоимости накопителей – 50-60% от стоимости установки);

  • длительный срок окупаемости (реальный срок окупаемости «на тарифе» составляет 12-15 лет).

 

Анализ преимуществ и недостатков ВИЭ позволил сформулировать следующие основные требования к энергоустановкам и энергокомплексам на базе ветрогенераторных установок и солнечных модулей:

  • энергоустановки и энергокомплексы на базе ВИЭ второй и выше категории надежности, не имеющие силовой связи с внешней сетью, должны иметь вспомогательный источник энергии, не зависимый от ветровой и солнечной активности в месте размещения;

  • состав, количество и технические характеристики оборудования, входящего в состав энергоустановок на базе ВИЭ должны обеспечивать максимальную эффективность его использования при оптимальных затратах.

 

Исходя из последнего требования можно сформулировать основные критерии выбора элементов энергоустановок и энергокомплексов на базе ВИЭ.

Основные критерии выбора типа и производительности солнечных модулей:

  • монокристаллические панели целесообразно применять в районе с преобладанием ясных солнечных дней;

  • поликристаллические панели целесообразно применять в районах с преобладанием рассеянного солнечного света (высокая облачность);

  • для районов с уровнем солнечной радиации 2,5 – 3,5 кВт.ч/м2 в день производительность солнечного модуля следует выбирать из расчета 4,0 – 4,5 кВт на 1 кВт среднесуточной потребляемой мощности;

  • для районов с уровнем солнечной радиации 3,5 – 4,5 кВт.ч/м2 в день производительность солнечного модуля следует выбирать из расчета 3,0 – 3,5 кВт на 1 кВт среднесуточной потребляемой мощности;

  • для районов с уровнем солнечной радиации более 4,5 кВт.ч/м2 в день производительность солнечного модуля следует выбирать из расчета 2,0 – 2,5 кВт на 1 кВт среднесуточной потребляемой мощности.

 

Основные критерии выбора типа и производительности ветрогенераторов:

  • технические характеристики ветрогенераторов (горизонтально-осевые, вертикально-осевые, роторные) мало отличаются друг от друга. АО «НИПОМ» сделал выбор в пользу вертикально-осевых безредукторных ветрогенераторов из-за оптимального сочетания цены и надежности;

  • использование ветрогенераторов в качестве базового источника целесообразно в районах со среднегодовой скоростью ветра от 7,0 м/с и более. Производительность ветрогенераторов для таких районов рекомендуется выбирать из расчета 1,5 – 2,0 кВт на 1,0 кВт среднесуточной потребляемой мощности;

  • использование ветрогенераторов в районах со среднегодовой скоростью ветра 4,0 – 7,0 м/с целесообразно в качестве вспомогательного источника для дополнительной выработки энергии. Производительность ветрогенераторов для таких районов рекомендуется выбирать из расчета 0,5 – 1,0 кВт на 1,0 кВт среднесуточной потребляемой мощности;

  • использование ветрогенераторов в районах со среднегодовой скоростью ветра менее 4,0 м/с нецелесообразно;

  • при размещении ветрогенераторов необходимо учитывать наличие естественных или искусственных препятствий (горы, лес, здания и др.);

  • оптимальная высота мачты для ветрогенераторов мощностью до 10,0 кВт – до 18-20 метров.

 

Основные критерии выбора типа и емкости аккумуляторных батарей:

  • учитывая циклический режим работы, для накопителей целесообразно применять литий-ионные аккумуляторные батарей с допустимой глубиной разряда 80-90%;

  • рекомендуемое напряжение АБ: =24В для среднесуточной нагрузки до 1,0 кВт; =48В для среднесуточной нагрузки до 2,5 кВт; =220В для среднесуточной нагрузки 3,0 кВт и более;

  • эффективный запас энергии в накопителе (при допустимой глубине разряда АБ 80%) должен составлять 18-20 кВт.ч на 1,0 кВт среднесуточной потребляемой мощности.

 

Основные критерии выбора типа и мощности вспомогательных энергоисточников:

  • как правило, в качестве вспомогательного источника энергии для энергоустановок и энергокомплексов на базе ВИЭ используют ДГА с соответствующим запасом топлива и межрегламентным периодом;

  • при наличии источника централизованного газоснабжения, целесообразно применять газопоршневые или газовые микротурбинные агрегаты с соответствующим межрегламентным периодом;

  • мощность вспомогательного источника должна определяться из расчета 2,2 – 2,5 кВт на 1,0 кВт среднесуточной потребляемой мощности.

 

Основные критерии выбора типа и мощности инвертора:

  • для энергоустановок на базе ВИЭ целесообразно применять модульные инверторы со степенью резервирования не менее N+2;

  • рабочая мощность инвертора (без учета резервных модулей) должна соответствовать максимальным кратковременным пиковым нагрузкам, на которые рассчитывается энергоустановки на базе ВИЭ.

 

Экономические аспекты применения энергоустановок и энергокомплексов на базе ВИЭ:

  • удельная стоимость промышленных энергоустановок и энергокомплексов на базе ВИЭ составляет в среднем около 3,0 млн. рублей за 1,0 кВт среднесуточной мощности (в том числе 50-60% составляет стоимость накопителей);

  • стоимостные показатели энергоустановок на базе ВИЭ конкурируют с энергоустановками на базе ТЭГ, ЭХГ, турбоальтернаторов, СПДС;

  • реальный срок окупаемости вышеуказанных установок «на тарифе» составляет 12-15 лет;

  • при этом удельные показатели блочно-комплектных энергоустановок на базе традиционных источников (ДГА, ГПЭГ, микротурбин) составляют 0,5 - 1,0 млн. рублей за 1,0 кВт номинальной мощности с учетом категории надежности энергоустановки, при сроке окупаемости «на тарифе» 4-5 лет;

  • однако сравнение стоимостей энергоустановок в диапазоне мощностей до 5,0 кВт показало, что энергоустановки на базе ВИЭ, ЭХГ, ТЭГ успешно конкурируют с энергоустановками на базе традиционных источников;

  • при этом показатели технической эффективности и экологичности у энергоустановок на базе ВИЭ значительно выше;

  • сравнение показателей по «приведенным затратам» для энергоустановок мощностью до 5,0 кВт во многих случаях также склоняется в пользу энергоустановок на базе ВИЭ.

 

На основании вышеизложенного энергоустановки и энергокомплексы на базе ВИЭ могут найти применение и эффективно использоваться для энергообеспечения целого ряда технологических и вспомогательных объектов газовой отрасли,а именно:

  • энергоустановки на базе ВИЭ мощностью до 1,0 кВт – энергообеспечение локальных станций геомониторинга, локальных систем контроля загазованности, систем антикоррозионного мониторинга, КПТМ на УЗПОУ, отдельно стоящих импульсных СКЗ, светоограждения опор ЛЭП, освещение вертолетных площадок;

  • энергоустановки и энергокомплексы на базе ВИЭ мощностью 2,0 – 5,0 кВт - энергообеспечение линейных объектов магистральных и распределительных газопроводов (крановые узлы, КПТМ, СКЗ, объекты связи, КИТСО, УЗПОУ, небольшие ГРС) и отдельные газовые скважины;

  • энергоустановки и энергокомплексы на базе ВИЭ мощностью 5,0 – 10,0 кВт – энергообеспечение ГРС, КРП, УРГ,УЗРГ, объектов связи, кустов газовых скважин.

 

АО «НИПОМ» с 2014 года ведет активную работы в области создания комплектных энергоустановок и энергокомплексов на базе ВИЭ, альтернативных и традиционных источников энергии.

В настоящее время в АО «НИПОМ» освоено серийное производство следующих основных модификаций серии БКЭУ-ВСМ на базе ВИЭ:

  • малогабаритная - БКЭУмини-ВСМ;

  • контейнерная - БКЭУ-ВСМ (все оборудование размещено в одном блок-контейнере);

  • шкафная - БКЭУш-ВСМ (оборудование размещается в контейнере шкафного типа);

  • модульная - БКЭУм-ВСМ (оборудование размещается в нескольких блок-модулях).

 

Малогабаритная энергоустановка БКЭУмини-ВСМ/ГПЭГ(ДГА) - Рис.6:

  • среднесуточная мощность до 1,0 кВт;

  • максимальная пиковая мощность до 2,0 кВт;

  • габариты контейнера ДхШхВ – 1000х1000х2800.

Рис.6.

 

Контейнерная энергоустановка БКЭУ-ВСМ/ГПЭГ (ДГА) – Рис.7:

  • среднесуточная мощность до 5,0 кВт;

  • максимальная пиковая мощность до 10,0 кВт;

  • габариты контейнера ДхШхВ – 6000 (до 9000)х2300х2800.

Рис.7.

 

Шкафной энергокомплекс БКЭУш-ВСМ/ГПЭГ (ДГА)/ГВК – Рис.8:

  • среднесуточная мощность до 5,0 кВт;

  • максимальная пиковая мощность до 10,0 кВт;

  • тепловая мощность – до 30 кВт;

  • габариты контейнера ДхШхВ – 4000 (до 6000)х1500х2800.

Рис.8.

 

Модульный энергокомплекс БКЭУм-ВСМ/ГПЭГ (ДГА)/ГВК – Рис.9:

  • среднесуточная мощность до 10,0 кВт;

  • максимальная пиковая мощность до 20,0 кВт;

  • тепловая мощность – до 50 кВт;

  • габариты модулей ДхШхВ – 4000+6000+6000х2300х2800.

Рис.9.

 

За период 2014-2017 гг. реализован ряд проектов с применением энергоустановок производства АО «НИПОМ» на базе ВИЭ.

Фото 10, фото 11: Головной образец контейнерной энергоустановки БКЭУ-ВСМ/ДГА на площадке КРП-16 в ООО «Газпром трансгаз Москва.


Фото 12, фото 13: Контейнерная энергоустановка БКЭУ-СМ/ГПЭГ на площадке кранового узла в ООО «Черноморнефтегаз».


Фото 14, фото 15: Модульная энергоустановка БКЭУм-СМ/ГПЭГ на площадке ГИС в районе п. Тамань Краснодарского края.


Фото 16, фото 17: Шкафной энергокомплекс БКЭУш-ВСМ/ГПЭГ/ГВК (готовится к опытно-промышленной эксплуатации в ООО «Газпром добыча Кузнецк»).


подписаться на рассылку

Подпишитесь на рассылку, чтобы быть в курсе актуальных новостей, анонсов мероприятий и полезной информации, касающихся компании «НИПОМ» и ее продукции