Электроэнергетика и перспективные мероприятия для её энергоэффективного применения.
Электоэнергетика является составляющей частью энергетического комплекса Украины. Она влияет не только на развитие народного хозяйства, но и на территориальную организацию производственных сил. Строительство мощных линий электропередач дает возможность осваивать топливные ресурсы независимо от отдаленности районов потребления. Достаточное количество электроэнергии притягивает к себе предприятия и производства, в которых доля топливно-энергетических затрат в себестоимости готовой продукции значительно больше по сравнению с традиционными отраслями промышленности. Электроэнергетика имеет большое значение для специализации районов. В ряде районов Украины (Донбасс, Приднепровье) она определяет их производственную специализацию, является основой формирования территориально-производственных комплексов. Электроэнергетика – капиталоемкая составляющая топливно-энергетического комплекса какой-либо страны, его базовая отрасль. Ей отводится ведущая роль в развитии научно-технического прогресса.
В развитии и размещении электроэнергетики в Украине определяющими являются такие принципы: концентрация производства электроэнергии вследствие строительства больших районных электростанций, которые используют дешевое топливо и гидроэнергоресурсы; комбинирование производства электроэнергии и тепла с целью теплоснабжения городов и индустриальных центров; широкое освоение гидроэнергоресурсов с учетом комплексного решения задач электроэнергетики, транспорта, водоснабжения, ирригации и рыбной промышленности; опережающее развитие атомной энергетики, особенно в районах с напряженным топливно-энергетическим балансом.
Размещение электроэнергетики зависит в основном от двух факторов: наличия топливно-энергетических ресурсов и потребителей электроэнергии. Сейчас почти треть электроэнергии производится в районах потребления и больше 2/3 потребляется в районах ее производства. Пока что место строительства ДРЭС выбирают на основании сравнения экономических показателей транспортировки топлива и электроэнергии с учетом экологической обстановки. Технический прогресс может резко изменить географию электростанций. Если ученые создадут высокоэффективные методы транспортировки электроэнергии на большие расстояния, то строительство ДРЭС буде происходить в большинстве случаев в восточных районах Украины.
Электроэнергия производится по большей части за счет не возобновляемых источников – угля, нефти, природного газа. Возобновляемым источником энергии является гидроэнергетика.
Все электростанции Украины разделяют на четыре вида. В основу разделения входит используемый ресурс:
- тепловые электростанции, которые работают на твердом, жидком и газообразном топливе. Их разделяют на конденсатные и теплоэлектроцентрали;
- гидравлические, которые используют соответствующие гидроресурсы и разделяются на гидроэлектростанции, гидростимулирующие и приливные;
- атомные, которые используют обогащенный уран или другие радиоактивные элементы;
- электростанции, которые используют нетрадиционные источники энергии. Среди них самыми перспективными являются ветровые, солнечные.
Самыми распространенными в Украине являются тепловые электростанции, которые по характеру обслуживания потребителей являются районными (ДРЭС). Они производят почти 2/3 всей электрической энергии. За последние 30 лет мощность тепловых станций выросла в 5 раз. Доля угля в структуре топлива, которое используется ТЭС, - велика. Преимуществом ТЕС является относительно произвольное размещение, стоимость капиталовложений вдвое меньше по сравнению с ГЭС.
Самыми большими ДРЭС в Украине являются Углегорская, Старобешевская, Кураховская,
Славянская (Донецкая обл.), Кривоозерская-2, Приднепровская (Днепропетровская обл.), Бурштынская (Ивано-Франковская обл.), Запорожская, Ладыжынская (Винницкая обл.), Трипольская (Киевская обл.) и др.
Далее по значимости идут теплоэлектроцентрали. Их строят возле потребителя, поскольку радиус
транспортировки тепла небольшой (10-12 км), зато коэффициент полезного использования тепла составляет почти 70%, тогда как на ТЭС – только 30-35%. Теплоэлектроцентрали обогревают свыше 25 городов Украины. Самая большая из них – Киевская ТЭЦ-5 (700 тис квт.), Дарницкая (Киев) , Киевская ТЭЦ-6, Харьковская ТЕЦ-5, Одесская, Калужская, Краматорская и др.
Атомная энергетика стала отдельной отраслью энергетики после второй мировой войны. Сегодня она играет важную роль в электроэнергетике. Атомные электростанции используют транспортабельное топливо – уран. Их располагают независимо от топливно-энергетического фактора и ориентируются на потребителей в районах с напряженным топливно-энергетическим балансом. Поскольку атомные электростанции очень водоемкие, их сооружают возле водных источников. К наибольшим экспортерам урановых концентратов принадлежат Канада, Австралия, ЮАР, Бразилия, США.
Атомные электростанции по характеру используемого топлива не связаны с месторождениями его добычи, что обеспечивает широкий маневр их размещения. АЭС ориентированны на потребителей, особенно на районы с ограниченными ресурсами топлива и гидроэнергии.
В Украине работают несколько мощных атомных электростанций – Запорожская, Южноукраинская, Ровненская, Хмельницкая, Под натиском общественности было остановлено строительство Крымской, Чигиринской, Харьковской АЭС и Одесской атомной ТЭЦ.
Гидроэлектростанции являются одним из самых эффективных источников электроэнергии. Преимущества ГЭС состоят в том, что они производят электроэнергию, которая в 5-6 раз дешевле, чем на ДРЭС, а персонала, их обслуживающего в 15-20 раз меньше, чем на АЭС. Коэффициент полезного действия ГЭС составляет свыше 80%. Однако, их размещение полностью зависит от природных условий, а производство электроэнергии носит сезонный характер. Строительство ГЭС на равнинных реках Украины приносит значительные материальные убытки, поскольку требует затопления больших территорий, которые используются под водохранилища. Пока что гидроэнергетика занимает незначительное место в энергетике Украины – почти 9% мощностей и 4% производства электроэнергии.
Основные электростанции расположены на Днепре. Это – Днепрогес, Кременчугская, Каховская, Днепродзержинская, Каневская, Киевская. На Днестре построена Днестровская ГЭС – ГАЭС, в Закарпатской области – Требле-Рицкая ГЭС. Кроме них, на маленьких речках действуют около сотни электростанций небольшой мощности, большинство из них принадлежат к государственной энергосистеме.
Специфическую роль играют гидроаккумуляторные электростанции (ГАЭС): Киевская, Днестровская и Запорожская (Днепрогес-2), Ташлыкская. С их помощью можно успешно разрешать проблему обеспечения потребителей электроэнергией в пиковые часы. Действуя по принципу перемещения одного объема воды между двумя бассейнами, расположенными на разных уровнях высоты, ГАЭС работают как помпы.
Самая важная тенденция в развитии электроэнергетики - объединение электростанций в энергосистемы, которые осуществляют производство, транспортировку и распределение электроэнергии между потребителями. Создание энергосистем определяется необходимостью обеспечения ритмичного обеспечения потребителей электроэнергией, производство и потребление которой имеет не только сезонные, но и суточные колебания. Энергосистемы дают возможность маневрировать производством электроэнергии как во времени, так и в пространстве. Несовпадение пиковых нагрузок в отдельных частях энергосистем позволяет при необходимости перебрасывать электроэнергию во встречных направлениях с запада на восток и с юга на север. При транспортировке электроэнергии на значительное расстояние ее потери неминуемы, и они увеличиваются при увеличении расстояния, зато могут уменьшаться при увеличении напряжения передачи. Так, строительство высоковольтных линий – вопрос очень актуальный.
В Украине существует объединённая энергосистема, к которой принадлежат все большие электростанции: Донбасская, Днепровская, Харьковская, Киевская, Крымская, Львовская, Винницкая и Одесская. Объединённая энергосистема связана с энергосистемой «Мир», а также с энергосистемами соседними с Украиной государств.
Важной народнохозяйственной проблемой в топливно-энергетическом комплексе является преодоление нехватки так называемых регуляционных мощностей, которая приводит к отключению в час «пик» ряда предприятий, а также, к значительным потерям, что стало характерным для осенне-зимнего периода 1994-1995 гг. Чтобы предотвратить это, необходимо наращивать мощности базовых тепловых электростанций.
Например, стоимость топлива, использованного для производства электроэнергии в 1992 г. в Украине, составляла, млн. дол. США: угля – 734, мазута – 693. Урана – 140, газа – 2424. Стоимость топлива на производство 1 кВт.час электроэнергии составила, дол. США: угля – 0,012, мазута – 0,018, нефти – 0,026, урана – 0,18, газа – 0,32.
Нерентабельность производства электроэнергии в Украине (т.е. отношение себестоимости электроэнергии, изготовленной с этого энергоисточника в Украине, к её мировой себестоимости) составляет, %: угля – 58, газа – 155, мазута – 95 – 125, урана –89, воды – 24. Что касается электростанций, которые работают на угле, то они очень рентабельные – себестоимость их 1 кВт.час элекроэнергии составляет 58% мировой себестоимости. Причиной этого является невыполнение ТЭС экологических требований и загрязнение окружающей среды.
Производство электроэнергии с газа является крайне невыгодным и нерентабельным, поэтому целесообразно перевести электростанции, работающие на газе, на производство электроэнергии с угля. Вместе с тем, если газ использовать в парогазовых установках (ПГУ), которые в настоящее время имеют КПД на уровне 50 – 52%, то себестоимость 1 кВт.час электроэнергии, произведённой на газовом топливе, значительно снизится. Если учесть экологические аспекты ПГУ, то рентабельность газовых ТЭС очень приблизится к угольным.
В этом случае не следует предоставлять полный приоритет развитию угольных и угольно-газовых электростанций с ПГУ. На первых этапах следует ориентироваться на газовой ТЭС с ПГУ. При условии конверсии машиностроение Украины сможет обеспечить в кратчайшие сроки производство и внедрение в электроэнергетику современных ПГУ, способных успешно конкурировать на мировом рынке.
В стратегии развития энергетики необходимо также определить место энергоустановок с неизотермическими процессами выпаривания и конденсации, которые исследуются и производятся в Украине. Эти энергоустановки реализуют принципиально новую технологию превращения тепла в работу, которая не имеет аналогов в мировой науке и практике. КПД энергоустановок с неизотермическими процессами выпаривания и конденсации составляет 59 – 60%. Благодаря этому себестоимость газовых электростанций сравнивается с угольными, даже по стоимости горючего. Если принять во внимание другие преимущества данных энергоустановок, то газовые ТЭС даже превышают угольные по своей рентабельности.
Удовлетворение нужд электроэнергии предвидится осуществить благодаря всестороннему энергосбережению, реконструкции и техническому перевооружению действующих мощностей, сооружение новых электростанций.
Перспективы развития и размещения ТЭК связаны со многими факторами. Это увеличение масштабов геологических и географических изысканий на территории Украины традиционных видов горючего – нефти, газа в Донецко-Приднепровской впадине, в Причерноморской равнине, в Прикарпатье и Закарпатье. В старопромышленных районах увеличение добычи можно достичь за счёт применения современных технологий, откачки нефти из недр.
В Донецком бассейне имеют смысл стабилизировать добычу угля. Поскольку в Донбассе шахтное оборудование значительно устарело, необходимо технически переоснастить и перестроить его предприятия.
Следует проводить реконструкцию атомной электроэнергетике на новой технологической основе, создавать энергоблоки, которые использовали бы уран низкого обогащения, вырабатываемые на наших обогатительных фабриках Приднепровья и Прикарпатья. Разумно строить новые блоки средних по мощности АЭС под землёй с многократным уровнем техники безопасности, как это делается за рубежом. Их захоронение после окончания эксплуатации не потребует много времени и средств.
По мере наращивания мощностей атомной энергетики, появилась бы возможность применение решительных шагов по закрытию нерентабельных шахт Донбасса с одновременным открытием новых на перспективных площадях.
Необходимо увеличить производство электроэнергии с нетрадиционных источников: с отходов сельского хозяйства изготовляют биотопливо, которое в больших масштабах практикуется странами Латинской Америки и Африки. По подсчетам специалистов, Украина биотопливом может обеспечить больше чем на половину нужд своего автомобильного транспорта. А также целесообразно использовать энергию маленьких речек, силу ветра, энергию солнца, морских волн, сероводорода вод Чёрного моря, метана шахт Донбасса. Ветровые электростанции могут дать электроэнергии, которая равняется 22 Днепрогрессам, волновой электростанции Чёрного и Азовского морей, по подсчетам учёных, могут произвести до 17 млрд. кВт.час в год.
Структурная перестройка народного хозяйства, экономное использование видов топлива и энергии, и внедрение экономических стимулов будет благоприятствовать уменьшению энергоемкости национального продукта. Сегодня в Украине нет механизма стимулирования уменьшения потребления энергоносителей, который должен включать государственную систему энергосбережения на долгосрочную перспективу, систему стандартов и нормативов затрат топливно-энергетических ресурсов, отчетность об энергопотреблении.
Выводы:
1. Электроэнергетика – важнейший источник функционирования производственной системы.
2. Из анализа междуотраслевых балансов выходит, что среди отраслей, в которых наиболее нарушается баланс продуктивности есть электроэнергетика. Исследования производственных процессов показывают:
▪ значительные расходы электроэнергетики по другим отраслям
в расчёте на 1 грн. стоимости всей продукции электроэнергетики;
▪ с точки зрения ценновой нагрузки, влияние производственных затрат отраслей на электроэнергетику значительно усиливаются, несмотря на небольшое сокращение стоимости газа в 2010 году. Особенно сильное влияние на электроэнергетику угольной отрасли и нефтегазовой отрасли.
3. Проблемы электроэнергетики необходимо решать во взаимоотношении с другими отраслями: топливною, металлургией, химией, местной промышленностью, транспортом, торговлей, коммунальным хозяйством при условии совершенствования работы оптового рынка электроэнергии и систем электропередачи.
4. Расчёты по оптимизации межотраслевого баланса показывают, что должно быть, соответственно до уровня 1995 года, уменьшено влияние на электроэнергетику:
газа и мазута - на 19%;
угля - на 10%.
5. Когенерация — процесс совместной выработки электрической и тепловой энергии. Когенерация широко используется в энергетике, например на ТЭЦ (теплоэлектроцентралях), где рабочее тело после использования в выработке электроэнергии, применяется для нужд теплоснабжения. Тем самым значительно повышается КПД использования топлива.
Смысл когенерации в том, что при прямой выработке электрической энергией, создаётся возможность утилизировать попутное тепло.
Когенерационные установки широко используются в малой энергетике, мини-ТЭЦ. И для этого есть следующие причины:
- Тепло используется непосредственно в месте получения, а это обходится гораздо дешевле, чем строительство и эксплуатация многокилометровых теплотрасс;
- Электричество используется большей частью в месте получения, в результате, без накладных расходов поставщиков энергии, его стоимость для потребителя может быть до 5 раз дешевле, чем у энергии из сети;
- Потребитель приобретает энергетическую независимость от сбоев в электроснабжении и аварий в системах теплоснабжения.
- Использование когенерации наиболее выгодно для потребителей с постоянным потреблением электроэнергии и тепла. Для потребителей, у которых имеются ярко выраженные "пиковые нагрузки" (например, жилое хозяйство, ЖКХ) когенерация мало выгодна - из-за большой разницы между установленной и среднесуточной мощности окупаемость проекта значительно затягивается.