Дата публикации: 02.05.2022
Тайбекова Алия Даулетбековна
магистрант 2 курса,
Алматинский университет энергетики и связи им. Г.Даукеева,
Казахстан, г. Алматы
АННОТАЦИЯ
Для обеспечения достаточной потребности в электроэнергии в Казахстане к 2050 году предложены ряд мер, а именно:
1) за счет принятых мер по повышению энергоэффективности, сократить потребления электроэнергии. Это позволит снизить спрос на электроэнергию в основных секторах потребляющих электроэнергию на 10% к 2030 году и на 15% к 2050 году;
2) применение ресурсов ВИЭ в энергобаланс. В общем объеме производства электроэнергии в соответствии со Стратегией «Казахстан - 2050» и Концепцией перехода РК к «зеленой» предполагается производство 10 % электроэнергии на ВИЭ и альтернативных источниках энергии к 2030 году и 50 % - к 2050 году, включая ветряные, солнечные, гидро- и атомные станции.
Электроэнергетика – одна из важнейших систем обеспечения жизнедеятельности экономики и населения Казахстан. Территория Республики Казахстан составляет 2,7249 млн. км2. Протяженность территории страны с востока на запад, примерно составляет 3000км, с юга на север – 1700км. Общая протяженность линий электропередач, находящихся на балансе электроэнергетических компании Казахстана составляет:
- для напряжения 110кВ составляет около 44,5 тыс. км;
- для напряжения 35кВ составляет более 62 тыс. км;
- для напряжения 6-10кВ составляет около 204 тыс. км.
Плотность на 1 кв. км площади составляет 0,036 км сети (36 метров). Основным потребителем электрической энергии является промышленность.
Промышленные центры сосредотачивают в себе целый ряд предприятий различных отраслей, а также города и посёлки городского типа. Существующие схемы электроснабжения отвечают всем требованиям по обеспечению электроснабжением образуемых конгломератов. Несколько иначе выглядит электроснабжение сельскохозяйственного производства и населённых пунктов в сельской местности. Здесь необходимо поставлять электрическую энергию к большому числу маломощным потребителям, которые расположены неравномерно на огромной территории Республики Казахстан. Протяжённость электрических сетей на единицу мощности по сравнению другими отраслями народного хозяйства намного превышают эту величину. Стоимость электроэнергии в сельском хозяйстве составляет до 75% от общей стоимости электрификации, включая стоимость покупки рабочих машин. [2, с. 15].
Такая разбросанность по территории республики производственных объектов, малых городов и поселков, имеющих малую плотность потребления энергии, обусловила сооружение протяженных электрических сетей, радиус действия которых значительно превосходит их экономическую целесообразность. Это усложняет эксплуатацию, приводит к крупным технологическим потерям электрической энергии и влияет на режим работы. При высоких ресурсных затратах в создании распределительной сети большинство из них уже не обеспечивает требуемые стандарты надежности
энергоснабжения, особенно в сельской местности.
Централизация электроснабжения, наличие рассредоточенных на большой территории потребителей с малой нагрузкой (что вынуждает иметь завышенную протяжённость электрических сетей на единицу передаваемой мощности), концентрация мощности вблизи источников топлива (в связи с их неравномерным расположением по территории Казахстана) делают необходимым дальнее транспортирование электричества. [4, с. 19] .
По данным Министерства сельского хозяйства в Республике насчитывается около 255 сельских населенных объектов и 9 тысяч крестьянских хозяйств, которые расположены удаленно и не имеют доступа к централизованному электроснабжению. Это проблема для объектов государственного назначения, а именно для средств телекоммуникаций, для системы мобильной связи. Также для потребителей первой категории по надежности электроснабжения, а именно, системы обеспечивающие обслуживания магистральных трубопроводов и пункты безопасности движения.
Наибольшее количество таких сел приходится на Туркестанскую область - 38, Кызылординскую - 18, Карагандинскую - 17 и Восточно-Казахстанскую - 16. Из 7093 сел республики 1734 села, это 24,5%, имеют износ электросетевого оборудования. Наибольшее количество таких сел в Западно-Казахстанской области - 446 (94%), Костанайской - 512 (77%), Восточно-Казахстанской -268 (33%) и Алматинской -100 (13,6%).
На сегодняшний день при протяженности 133,6 тыс. км электрических сетей напряжением 0,4кВ требуют ремонта 97,5 тыс. км или в процентном соотношении 73%. Кроме того, требуется ремонт трансформаторных подстанции напряжением 10,0,4кВ, также внутридомовых распределительных устройств и сетей. Эксплуатация изношенного и устаревшего электрического оборудования создает немалую величину технологических потерь электроэнергии в этом оборудовании. Снижение технологических потерь в электрических сетях в 2014году составило с 6,8% до 5,1%. В Астане потери электрической энергии в сетях снизились с 14,5% до 6,5%, в Алматы – с 11% до 5,5%. Но, несмотря на понижение, в некоторых регионах уровень потерь электрической энергии на сегодняшний день остается высоким: в Алматинской области – 12,0%, Акмолинской области – 10,7%, Западно-Казахстанской области – 10,1%, Карагандинской области – 8,2%.
Высокая стоимость линий электропередач и малая мощность потребления является основной проблемой для проведения линии централизованного энергоснабжения для сельских территорий и удаленных потребителей. Затраты по прокладке 1км. воздушной линии составляет 3млн. тенге. Поэтому, для решения этой проблемы по ликвидации энергетической нехватки удаленных и сельских потребителей с использованием линий электропередач без государственной поддержки решить невозможно.
Для потребителей электрической энергии можно рассмотреть три варианта питания: децентрализованный, централизованный и комбинированный. Для расширенного применения децентрализованного электроснабжения в Казахстане есть ряд проблем: существующие котельные, порядка 5500 в разных регионах страны требуют немедленного ремонта; многие фермы и населенные пункты, которые расположены удаленно и в труднодоступных местах не имеют доступа к центральной энергосистеме; плачевное состояние распределительных сетей.
Развитие ВИЭ для электроснабжения удаленных сельских объектов позволит решить ряд важных проблем:
-
эффективно применять все источники энергии удаленных районов для электроснабжения за счет создания автономного энергоснабжающего
объекта;
-
обеспечить бесперебойный процесс производства и потребления производимой энергии за счет системной работы двух или более энергоустановок на основе ВИЭ;
-
обеспечить экологическую безопасность работы существующих энергоустановок.
Применение технологии ВИЭ в энергетике имеет ряд преимуществ:
-
экономия топлива, при сравнении его с затратами на выработку энергии традиционным способом, получается меньше;
-
удельные капиталовложения на установленные мощности;
-
себестоимость вырабатываемой мощности; [6, с. 12].
Из вышеперечисленных преимуществ, только первый показатель является техническим. Он не зависит от страны, где применяются технологии ВИЭ. Другие преимущества определяются рынком энергетического оборудования, стоимостью топлива, тарифами на электроэнергию и тепло и т.д.
К 2030 году крупнейшая электроэнергетическая компания Казахстана АО «Самрук-Энерго» планирует необходимость создания Казахстанской интеллектуальной энергосистемы – КИЭС. Это позволит обеспечить надёжность энергоснабжения потребителей при минимальных издержках при производстве, передаче и потреблении энергии, а также обеспечит масштабное вовлечение ВИЭ в энергобаланс и максимальное использование транзитного и экспортного потенциала.
К невозобновляемым источникам энергии относятся природные источники, которые образуются или восстанавливаются гораздо медленнее, чем расходуются: уголь, нефть, природный газ, торф, ядерное горючее.
Уголь образуется из остатков растительности, которые накапливались на болотах или трясинах миллионы лет назад. Когда растительность была живой, она поглощала и удерживала энергию Солнца, а когда отмирала, то
покрывалась отложениями и, в конце концов, была закопана глубоко в недра Земли, где высокие температура и давление видоизменяли физические и химические свойства материала, формируя уголь
Рисунок 1. Основные источники энергии
.
Рисунок 2. Образование ископаемого топлива
Уголь добывается из угольных месторождений. Добыча происходит открытым способом (удаление пластов горных пород, покрывающих уголь, с поверхности) или в случаях, когда уголь находится глубоко под землей, с помощью подземных шахт. В большинстве случаев уголь лежит слишком глубоко для добычи открытым способом, который является достаточно дешевым.
Нефть и природный газ образовываются схожим с углем способом, но в результате разложения организмов, таких как планктон или водоросли, в морях и озерах. Как и растения, которые сформировали уголь, эти древние организмы были захоронены под тяжелыми слоями осадочных пород до тех пор, пока они в конечном итоге не подверглись изменениям, образовав нефть и природный газ.
Углеводороды используются на протяжении долгого времени, так как они сравнительно недороги, легко добываемы и транспортируемы. Как бы то ни было, запасы углеводородов ограничены, а это означает, что они невозобновляемы; это связано с тем, что их образование под землей может занять миллионы лет, и мы используем существующие ресурсы намного быстрее, чем формируются новые.
По оценкам специалистов, запасов ископаемых энергоресурсов хватит еще на 40-100 лет. С каждым годом их добывают во все более труднодоступных местах. Поэтому их добыча становится дороже и экономическая эффективность использования ископаемого топлива стремительно снижается.
Кроме этого, при сжигании ископаемого топлива в атмосферу выбрасывается множество вредных соединений. Эти загрязнения отрицательно влияют на здоровье человека и других организмов, а также усиливают парниковый эффект в атмосфере и вносят дополнительный вклад в изменение климата на Земле. Такие газы называют парниковыми газами.
Возобновляемая или регенеративная энергия (Зеленая энергия) - Renewable energy - энергия из источников, которые по человеческим понятиям являются неисчерпаемыми. Основной принцип использования возобновляемой энергии заключается в её извлечении из постоянно происходящих в окружающей среде процессов и предоставлении для технического применения.
Возобновляемую энергию получают из природных ресурсов - таких как солнечный свет, ветер, дождь, приливы и геотермальная теплота, которые пополняются естественным путем. Ориентировочно, около 18 % мирового потребления энергии было удовлетворяется из возобновляемых источников энергии, причем 13 % из традиционной биомассы, таких, как сжигание древесины.
Энергия солнца. Ведущее положение среди возобновляемых источников занимает солнечный свет. Для извлечения энергии используются панели, на которых концентрируются солнечные лучи. После этого происходит нагревание и последующая выработка за счет взаимодействия элементов панели: бора и фосфора.
Панели могут устанавливаться на жилые дома, транспорт, а также составлять полноценные солнечные электростанции. Для размещения панелей важен ряд параметров: высота, климат, положение солнца. Используется полученная энергия для выработки электричества, отопления и нагрева воды. Мировая доля солнечной энергетики составляет 1,3% – 301 ГВт/ч.
Рисунок 3. Солнечная электростанция
Солнечные электростанции популярны в Германии и Испании. Солнечные тепловые станции действуют в США и Испании, а крупнейшей из них является станция в пустыне Мохаве мощностью 354 МВт.
Среди недостатков технологии выделяют высокую стоимость, низкий коэффициент полезного действия (до 20%), что приводит к низкой экономической целесообразности использования солнечных панелей. [8, с. 5].
Рисунок 4. Ветровая электростанция
Энергия ветра. Другое явление, широко применяющееся в качестве источника, – ветер. Он возникает за счет разницы давления в атмосфере и обладает кинетическим потенциалом. Это используется при работе ветроэнергетических установок (ВЭУ) – башни с вращающимися лопастями.
Ветроэнергетика преобразует кинетическую энергию воздушных масс в атмосфере в электрическую, тепловую и любую другую форму энергии. Сейчас, в силу развития технологий, ветрогенераторы стали достаточно сильной фигурой на рынке и занимают крепкую позицию в своей нише. Конкурентность между производителями заставила их хорошо вложиться в исследования наиболее оптимального ветрогенератора.
Основание башни бывает стационарным, плавучим. Разработка плавучих связана с тем, что оптимальное место установки ВЭУ – прибрежная зона в 10-12 километрах от берега. Стационарные размещают в море, если глубина и рельеф дна позволяют, на равнинной местности.
Главный недостаток ветра – непостоянность. Для избегания этого фактора инженеры заранее анализируют предполагаемую область размещения ВЭУ с учетом силы и направления ветра. Мировая доля ветряной энергетики составляет 2,6% – 600 ГВт*ч. [9, с. 11].
Энергия воды. Для воды характерно то, что сразу несколько ее свойств используются для получения энергии. Напор используется для работы гидроэлектростанций – самый распространенный способ. Менее распространенные методы связаны с приливами, отливами, волнами, течениями, разницей температур на поверхности и глубине.
Вода – возобновляемый источник, составляющий ¾ от объема. Среди всех источников гидроэнергетика дает примерно 15%. За счет круговорота воды в природе обеспечивается энергетическая стабильность. [10, с. 13].
Основной источник в гидроэнергетике – напор. Для этого строятся гидроэлектростанции (ГЭС), перекрывающие русла рек. Образовывающиеся водохранилища и разница уровней воды создают напор, вращающий турбины, от которых генераторы вырабатывают электричество. ГЭС представляют собой плотины и влекут локальные изменения экосистемы: перекрытие доступа к нерестилищам, затопление территории, образование новых мест обитания водоплавающих. На ГЭС предусмотрена возможность регулирования уровня подачи воды и выработки энергии.
Возводят гидроэлектростанции, как правило, на реках. Для создания необходимого давления воды создают мощные плотины и объемные хранилища воды. Как разновидность, используют бесплотинные ГЭС.
Данным объектам (ГЭС) гидроэнергетики присущи следующие особенности.
Положительные:
1. Высокий КПД при сравнительно малых экономических затратах на строительство и дальнейшую эксплуатацию станции, отсюда низкая себестоимость электроэнергии;
2. Отсутствуют вредные выбросы в атмосферу;
3. Водохранилище как фактор, улучшающий микроклимат в районе ГЭС;
4. Возможность разведения рыб;
5. Предотвращает появление паводков, используется для орошения сельхозугодий, технического применения на заводах;
Рисунок 5. ГЭС г. Усть-Каменогорск
6. Обладают механизмом регулирования потребления энергии.
Отрицательные:
1.Водохранилища затопляют обширные территории, занимают земли, пригодные для сельского хозяйства;
2. Перекрытие рек существенно меняет условия для обитания ценных видов проходных рыб, многие из которых исчезают из облюбованных ранее водоемов.
Гидроэлектростанции, как возобновляемые источники энергии, эффективны для поставки электроэнергии в горные участки. В Канаде, Исландии и Китае основную часть электроэнергии вырабатывают именно гидростанции. Гидроэнергетика обеспечивает 16% мирового производства энергии, что составляет 25 тысяч ТВт/ч. Например, Парагваю она дает 100% вырабатываемой энергии. Годовая выработка китайской ГЭС «Три ущелья» составляет 98 ТВт*ч – это самая мощная ГЭС в мире.
Рисунок 6. Приливная электростанция
Энергия приливов и отливов. За счет действия гравитации Луны и Солнца на Земле существует явление приливов и отливов. Во время прилива уровень воды поднимается, по аналогии с действием ГЭС во время отлива может вырабатываться энергия. Для этого в прибрежных районах сооружают приливные электростанции (ПЭС) с генераторами, насосными установками. Последние необходимы в период отсутствия приливов и отливов. Такие электростанции не распространены из-за высокой стоимости строительства, нестабильности работы.
Потенциальная энергия волн. По аналогичной схеме извлекается энергия из волновых движений. Конструкция волновых электростанций, состоящая из поршней, размещенных в специальных отсеках, называется «Морской змей». Внутри них – генераторы и гидравлические двигатели. При прохождении волн кинетическая энергия трансформируется в электрическую за счет волновых колебаний. Недостаток системы – неустойчивость к штормам. Работа волновых электростанций построена на превращении потенциальной энергии волн в электрическую. Выбор места строительства подобных объектов получения электричества обусловлен особенностями региона, наличием крупных водоемов и сильных ветров.
Геотермальная энергия. Земные недра содержат огромное количество энергии, которая сама в некоторых местах вырывается наружу в виде гейзеров и вулканов. Пар и выбросы воды в гейзерах используются для работы геотермальных теплоэлектростанций (ГеоТЭС). Для доступа к источникам бурятся скважины к недрам земли глубиной до полутора километров. Вода подается для отопления или используется для выработки энергии.
Рисунок 7. Волновая электростанция Oyster в Шотландии
Список литературы
-
Амерханов Р.А., Гарькавый К.А. Интегрированная система энергообеспечения на основе установок когенерации малой мощности //Энергосбережение и водоподготовка. – 2011. - №2. – С.39-41.
-
Будзко И. А. и др. Электроснабжение сельского хозяйства/ И. А. Будзко, Т. Б. Лещинская, В. И. Сукманов.— М.: Колос, 2000. — 536 с: ил.
-
Послание Президента Республики Казахстан – Лидера нации Нурсултана Назарбаева «Стратегия «Казахстан - 2050»: новый политический курс состоявшегося государства». URL: http://www.akorda.kz/ru/events/astana_kazakhstan/participation_in_events/poslanie-prezidenta-respublikikazahstan-lidera-nacii-nursultana-nazarbaeva-narodu-kazahstana-strategiya-kazahstan-2050-novyi-politicheskii/ (дата обращения 25.10.18)
-
КОНЦЕПЦИЯ по переходу Республики Казахстан к «зеленой экономике» [Электронный ресурс]. – Астана. -2013. – pdf формат
-
Трофимов А., Рабинович М. Распределительные сети – наиболее проблемный и затратный фактор электроснабжения сельских территорий // Журнал Энергетика. – 2011. - №2. – С.37.
-
PWC. Рынок ВИЭ в Казахстане: потенциал, вызовы и перспективы Первый выпуск Май 2021.
-
Bain, R.L. (2007). World Biofuels Assessment, Worldwide Biomass Potential: Technology Characterizations (Оценка видов биотоплива в мире.
-
Breyer, C., A. Gerlach, J. Mueller, H. Behacker, and A. Milner (2009). Gridparity analysis for EU and US regions and market segments - Dynamics of grid-parityand dependence on solar irradiance, local electricity prices and PV progress ratio.
-
China Renewable Energy Association (2009). Annual Report of New Energy and Renewable Energy in China, 2009.
10. Hall, D.G., G.R. Carroll, S.J. Cherry, R.D. Lee, and G.L. Sommers (2003). Low Head/Low Power Hydropower Resource Assessment of the North Atlantic and Middle Atlantic Hydrologic Regions.