Умные сети или бездумное централизованное ресурсоснабжение, Часть 1
УДК 620.9
Умные сети или бездумное централизованное ресурсоснабжение
Часть 1, окончание в части 2
В.В. Велицко, генеральный директор ООО «ОЦР Технологии»
Статья опубликована: Коммунальщик, №3, 2016. С.16-25
Возобновляемая энергетика, низкопотенциальная теплоутилизация и использование низкосортных местных горючих для нужд производства электроэнергии позволяют создать кластерную систему ресурсоснабжения, устойчивую к чрезвычайным ситуациям различного характера. В свою очередь преобразование существующей энергетической инфраструктуры в умные сети позволит, повышая энергобезопасность, решить широкий спектр экономических и социальных проблем в стране, обеспечив решение многих актуальных задач не только в энергетике и безопасности, но и в экономике и промышленности.
Ключевые слова: умные сети, энергобезопасность, энергетическая инфраструктура, возобновляемая энергетика, вакуумная энергоустановка.
Возобновляемая генерация - неактуальная для России мировая тенденция?
В российской энергетике в настоящее время противоборствуют две тенденции, с одной стороны - необходимость повышения энергобезопасности, и, отчасти, энергетической эффективности, а с другой - фактический отказ от использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) [21] при параллельном наращивании объемов инвестиций в крупную генерацию с использованием ископаемого горючего и в высоковольтное электросетевое хозяйство.
Может сложиться впечатление, что данные вопросы имеют узкоотраслевое значение и не способны кардинальным образом влиять на экономические и социальные процессы в России, определяющие спектр конструктивных возможностей во внутренней и внешней политике, а также возможность сохранения страны в качестве единого государства.
В это время ведущие промышленно-развитые страны опережающими темпами, в сравнении с генерацией на ископаемом органическом горючем, наращивают «чистую генерацию» (см. рис. 1), в которую также включают и атомную энергетику.
Рис. 1. Ежегодный мировой прирост генерирующих мощностей, ГВт, с использованием ископаемого горючего и «чистой» энергии [5]
Хотя атомная энергетика и не является чистой, она в материале [5], по критерию углеродного следа, меньшему, чем у энергетики с использованием ископаемого органического горючего, отнесена к чистой генерации. Также не является абсолютно чистой генерация с использованием фотовольтаики. При этом тенденции развития технологий, особенно в сфере фотоэлементов, позволяют как параллельно снижать негативный экологический след по их жизненному циклу, так и повышать их экономическую эффективность. Аналогичные процессы происходят и в других сферах повышения эффективности преобразования возобновляемых энергоресурсов, таких как энергия ветра, приливов или энергия недр земли. Данный прогресс демонстрирует сравнение себестоимости генерации 1 МВт•ч с использованием как ВИЭ, так и ископаемого горючего (см. Рис. 2).
Рис. 2. Себестоимость выработки электроэнергии с использованием различных энергоресурсов [16]
Приведенные на рис. 2 данные имеют достаточно широкий диапазон себестоимости генерации, нижняя граница которого соответствует преимущественно новым крупномасштабным проектам с использованием ВИЭ, тогда как верхняя характерна для ранее введенных мощностей с использованием устаревших технологий, а также на пилотных проектах, для сооружения которых требовалось создание искусственных условий по поддержке возобновляемой генерации.
К настоящему времени развитие технологий ВИЭ пришло к тому, что в ряде стран обеспечивается не поддержка ВИЭ, а наоборот, введение так называемого «солнечного налога» [6].
По действующему курсу рубля к доллару США, взяв для сравнения низшую себестоимость генерации электроэнергии с использованием энергии ветра (33 $/МВт•ч) и энергии солнца (54 $/МВт•ч), получим себестоимость производства электроэнергии в размере 2,40 и 3,95 руб./кВт•ч соответственно. Нижняя граница себестоимости взята в связи с тем, что развитие, как промышленных технологий, так и технологий индивидуального производства в сфере ВИЭ, снижение удельной себестоимости установленной мощности и рост их энергетической рентабельности (EROI) при параллельном увеличении доступности ВИЭ в производстве, например, путем индивидуальной печати потребителями фотоэлементов, ветроэнергоустановок и двигателей Стирлинга (рис. 3) постоянно снижает нижнюю границу себестоимости производства энергии. Это приводит к внедрению ВИЭ «явочным порядком» даже без поддержки государственных институтов.
Рис. 3. Гелиоконцентраторная Стирлинг-установка, ветрогенератор и элементы низкооборотных электрогенераторов, выполненные с использованием трехмерной печати [3]
Отметим, что существующая тенденция делегирования потребителю функции самостоятельного удовлетворения его потребностей с использованием высокотехнологичного оборудования, доступного для использования широким слоям потребителей, находит продолжение в создании малых перерабатывающих установок с себестоимостью индивидуального изготовления на уровне 150…1000$, позволяющих перерабатывать бытовые отходы в сырье для аддитивных технологий (3D печать и т.п.), что, в свою очередь, еще более повысит EROI ВИЭ и их доступность.
В этой связи высказанное предположение, что «…ставить ветроэлектрические установки взамен традиционной генерации станет выгодно, когда стоимость ее энергии сравняется с традиционной - на уровне 1,5-2 руб. за 1 кВт•ч…» [21] соответствует исключительно интересам крупных игроков российского энергорынка. Но это не соответствует предпосылкам внедрения ВИЭ непосредственно потребителями. Например, нижняя граница себестоимости выработки с использованием ВИЭ в размере 2,40…3,95 руб./кВт•ч уже находится в пределах отпускной цены сетевой электроэнергии на территории России при средневзвешенном тарифе в размере 3,54 руб./кВт•ч [23]. Это позволяет ожидать роста использования возобновляемой локальной генерации в сфере малых и средних промышленных и сельскохозяйственных предприятий, а также в сфере коммунального, преимущественно коттеджного энергоснабжения.
Стимулы к разработке и локальному внедрению ВИЭ
Безусловно, себестоимость производства энергии на небольших локальных энергоустановках с использованием ВИЭ в сравнении со стоимостью сетевой электроэнергии, пока не позволяет обосновать их установку прямой экономической эффективностью. Однако, учитывая что во многих районах полностью отсутствует централизованное электроснабжение и затруднено присоединение к электрическим сетям по организационным или по экономическим причинам, ВИЭ будут пробивать себе дорогу к потребителю по пути, который ранее прошли мини-ТЭЦ. Их установка стимулируется не только экономическими причинами, но и ограниченностью доступности электроснабжения (Рис. 4).
Рис. 4. Предпосылки к внедрению ВИЭ в России
Новым аспектом, характеризующим важность использования ВИЭ, является рост числа электромобилей (для России пока только потенциальный фактор спроса), требующих для заряда достаточно большого количества электроэнергии. Это позволяет использовать их аккумуляторы в качестве накопителей избытков электроэнергии, замещая выработанной энергией не сетевую электроэнергию, а дорогое моторное горючее, тем самым решая вопрос нецелесообразности локального накопления электроэнергии для обеспечения только коммунальных нужд [4].
Помимо указанных аспектов, характерных практически для всех зарубежных стран, в России, самой холодной стране мира, действует и иной фактор, перевешивающий большую часть контраргументов противников внедрения ВИЭ. Этим фактором является крайняя уязвимость российской энергетической инфраструктуры, такой как электросетевое хозяйство, газо-, и неф тепроводы, системы водоснабжения и водоотведения [13; 8].
При этом целенаправленно не будем акцентировать внимание на традиционных для внедрения ВИЭ экологических аспектах, таких как углеродный след и т. п. Международные и национальные программы поддержки, безусловно, для развития ВИЭ сделали достаточно много, но начало расцвета ВИЭ пришлось именно на период дорогой нефти, когда в 2014 году при росте валового мирового продукта (ВМП) на 3 % выбросы CO2 уменьшились по отношению к 2013 году. Это позволило Международному энергетическому агентству спрогнозировать, что к 2030 году рост ВМП составит 88 % к 2013 году при росте выбросов CO2 на 8 % [2, с. 12].
Макроэкономический аспект внедрения ВИЭ в российскую энергетику основан на том, что помимо повышения энергетической безопасности, являющейся одним из основных элементов стабильного функционирования государства, внедрение ВИЭ обеспечивает развитие науки, образования, технологий, в том числе интенсификацию исследований и внедрение в практику нано-, и аддитивных технологий, микроэлектроники, информатизации, точной механики и микромеханики, робототехники и других передовых научных направлений, обеспечивающих государству, развивающему, а главное - внедряющему в массовое производство данные направления, лидирующие позиции на мировой арене.
Снижение стоимости топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) на мировом рынке при параллельном росте энергоэффективности и уровня технологий использования низкосортных ТЭР и ВИЭ позволяет прогнозировать долговременный период спада цен на ТЭР, полностью лишающий бюджет России нефтегазовых сверхдоходов, что исключит возможность массового импорта широкого спектра продукции. На это налагается необходимость создания неспекулятивных сфер приложения капитала, возврату которого содействуют как руководство страны, так и правоприменительная практика в ряде стран Евросоюза, начавших в 2010-х годах внесудебную конфискацию финансовых активов российского происхождения. Указанные задачи в полной мере могут быть решены путем создания кластерных энергокомплексов с использованием ВИЭ, обеспечивающих высокостабильное энергоснабжение широкого спектра импортозамещающих производств.
ВИЭ и/или централизованная генерация
Ждать ли государственной помощи на начальном этапе широкого внедрения ВИЭ?
Привычная нам централизованная генерация, в которой ВИЭ, за исключением гидроэлектростанций (ГЭС), занимают менее 1 % установленной мощности (УМ) и не оказывают существенного влияния на надежность энергосистемы, в целом близка большинству промышленно развитых стран. Отличие заключается в том, что промышленно развитые страны, страны БРИКС, а также страны, традиционно относимые к странам третьего мира, в отличие от России, активно внедряют возобновляемую энергетику. Например, в США, по состоянию на 2013 годом доля ВИЭ в энергетике составляет 8 % УМ и, по прогнозам министерства энергетики, продолжит расти вне зависимости от состояния экономики США [1]. Так, Индия с 2015 по 2022 годы намерена ввести в строй 100 ГВт солнечных электростанций (СЭС), 6 ГВт ветровых электростанций (ВЭС) и 10 ГВт тепловых электростанций (ТЭС), работающих на биомассе [18].
В отличие от жаркого климата Индии и преимущественно теплого климата в США, где ВИЭ играют роль многофакторных стимуляторов экономики, задача ВИЭ в России будет заключаться в обеспечении, по началу, гарантированного аварийного локального энергоснабжения потребителей на случай чрезвычайных ситуаций (ЧС) как природного, так и террористического характера, в ходе которых могут быть долговременно поражены магистральные линии электропередачи (ЛЭП) и магистральные системы трубопроводного транспорта [13; 8; 9]. В перспективе, для парирования возникающих угроз, необходимо создание энергосистемы, устойчивой к ЧС любого характера, в том числе к управляемым экологическим катастрофам. Это позволит обеспечить полноценное функционирование коммунального и промышленного сектора России в случае системных аварий без модернизации системы ресурсоснабжения, грозящих вымораживаниями населенных пунктов, поражением систем трубопроводного транспорта, вплоть до систем канализации, и созданием гуманитарных катастроф в мегаполисах и городских агломерациях и к возникновению масштабных зон депривации [9].
Отметим, что профильные ведомства, такие как Ростехнадзор, не проявляют активного интереса к указанным выше проблемам, например, подтверждая их важность [20] только после официального уведомления [19]. К сожалению, даже при подтверждении Ростехнадзором важности поднятых проблем: «вопросы, поднятые в письме, актуальны и важны для повышения безопасности и качества работы ресурсоснабжающей инфраструктуры и зависимых от нее объектов», решение поднятых вопросов перекладывается на ресурсоснабжающие компании. «Для решения поставленных вопросов считаем целесообразным направить информационные материалы в энерго-, и ресурсоснабжающие компании» [20], не обладающие необходимыми организационными, административными и тем более финансовыми ресурсами для решения поставленных вопросов [13; 8].
Это позволяет предположить, особенно в условиях концентрации российской экономики в руках государства и крупного бизнеса [15], что руководство компаний и профильных ведомств, по возможности, будет максимально долго игнорировать указанные риски, полагая, что энергосистема, имеющая высокий запас прочности, скорее всего не будет фундаментально поражена в период их каденции. А это позволяет сохранять отработанный механизм освоения выделяемых средств по привычным направлениям, не проводя работы, результатом которых может стать выявление фундаментальных проблем, требующих немедленного реагирования [8, с. 18].
Система ресурсоснабжения энергосистемы, устойчивой к ЧС
Учитывая, что российские города на 2015 год газифицированы на 70,3 %, а сельская местность - на 54,6 % [14], система газоснабжения должна являться если не основным, то как минимум равным по важности контуром передачи энергии в виде горючего наравне с магистральными ЛЭП на случай их масштабного поражения, например путем организации синхронных коротких замыканий или в случае природных ЧС.
Помимо ТЭС, ископаемый природный газ (ИПГ) используется большинством из 6,5 тыс. котельных мощностью более 20 Гкал/час, более чем 100 тысячами мелких котельных и около 600 тысяч автономных индивидуальных теплогенераторов [17, с. 7]. Учитывая, что среднегодовая температура в России составляет минус 5 °С, требуется повсеместное наличие котельных рядом с коммунальными и промышленными потребителями. При этом установленная тепловая мощность за редким исключением превышает потребную электрическую мощность, что позволяет отопительные и производственно-отопительные котельные, как уже существующие энергокомплексы, задействовать для собственного гарантированного энергоснабжения и нужд в электроэнергии близлежащих потребителей.
Учитывая необходимость гарантированного, на случай ЧС, энергоснабжения миллионов объектов на территории России, задачу оптимально разбить на несколько этапов:
1. Гарантированные минимальное теплоснабжение и/ или электроснабжение исключающее размораживание систем теплоснабжения или технологического оборудования в отопительный сезон при температуре воздуха наиболее холодных суток. При этом не требуется поддержание комфортной температуры внутри помещений.
2. Обеспечение минимально допустимой температуры в коммунальных и производственных помещениях для обеспечения комфортных условий проживания и возможности ведения ограниченной хозяйственной деятельности. Подача электроэнергии должна обеспечиваться как минимум для полноценного функционирования систем теплоснабжения.
3. Теплоснабжение аналогично этапу 2. Электроснабжение обеспечивает ведение полноценной хозяйственной деятельности и нормальное функционирование коммунальных потребителей.
В указанный перечень намеренно не включены требования по гарантированному водоснабжению и водоотведению, так как данная тема как минимум не проще задачи гарантированного теплоснабжения в условиях России и требует отдельного глубокого анализа, будучи только отчасти затронутой в работах [22; 12].
Локальная генерация в водогрейных котельных
Локальная электрогенерация на теплоснабжающих объектах должна быть применима как на крупных котельных, так и совместно с коттеджными отопительными котлами. Этому требованию не соответствуют привычные электростанции на базе газопоршневых (ГПД) и газотурбинных (ГТД) двигателей как по причине высокой капиталоемкости, потребности в квалифицированном сервисе, так и по причине того, что они не могут быть установлены в котельные, не имеющие подвода ИПГ, сжиженного природного газа (СПГ) или жидкого моторного горючего. А учитывая, что средняя газификация в России на 2015 год составляет 65,4 % [14], значительная часть объектов будет требовать применения электрогенерирующего оборудования, работающего без применения квалифицированных моторных топлив. Именно в ограниченная газификация России при недопустимой уязвимости ЛЭП является одним из ключевых факторов широкого использования ресурсов, которые есть здесь и сейчас, а именно - ВИЭ и всего спектра местных ТЭР.
Отметим, что подавляющее большинство теплогенерирующих установок, находящихся на территории России, оснащено водогрейными котлами, вырабатывающими горячую или перегретую воду. А учитывая тенденцию перевода даже той небольшой доли отопительных паровых котлов, которая была ранее, в водогрейный или пароводогрейный режим, мы не можем рассматривать в качестве универсального решения паротурбинные установки (ПТУ) любых типов или классические паропоршневые машины.
В этой связи ТЭС, способная круглогодично работать как минимум в составе малой отопительной водогрейной котельной, работающей на твердом топливе и отпускающей тепло в режиме количественного (путем регулирования расхода теплоносителя) и качественного (путем регулирования температуры теплоносителя) регулирования отпуска тепла, была бы универсальна для условий России.
Универсальность такой энергоустановки диктуется тем, что необходимость оперативного широкого внедрения малой генерации и требует максимального удешевления используемого оборудования по всему жизненному циклу, что полностью перекрывает возможность массового импорта разнотипных энергоустановок и требует организации производства и сервиса энергоустановок во всех территориальных субъектах России.
Это может быть достигнуто применением в изготовлении доступных отечественных конструкционных материалов и комплектующих, обработка и сборка которых может осуществляться на широком спектре производственных предприятий.
Этим требованиям, не исключая, где это обосновано, применения ТЭС на баз ГПД, ГТД и ПТУ, позволяющих конвертировать теплогенерирующие объекты в теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), также соответствуют вакуумные энергоустановки. Они позволяют обеспечивать принудительное вскипание под вакуумом некипящих энергоносителей (например горячей воды) для производства электроэнергии и тепла, используемого для отопления потребителей.
Вакуумная энергоустановка: принцип работы
Понижая давление над некипящей жидкостью (здесь и далее будем рассматривать горячую, то есть с температурой менее плюс 100 °C воду), мы можем обеспечить ее вскипание при необходимых нам термобарических условиях. Это позволяет вырабатывать пар с давлением ниже атмосферного, но выше давления конденсации в конденсаторе. Конденсируя пар аналогично тому, как он конденсируется в конденсаторе паросиловой ТЭС, обеспечиваем перепад давлений между выработанным в вакуумном котле паром и давлением конденсации пара. Данный перепад давлений, составлявший в пилотной энергоустановке 43 кПа на теплоперепаде 50 °C (температура подачи горячей воды плюс 80 °C и температура конденсации плюс 30 °C), позволил обеспечить принудительное вскипание энергоносителя и подтвердить работоспособность вакуумной энергоустановки. В настоящее время при поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере создается пилотная вакуумная энергоустановка, предназначенная для глубокой утилизации переменных теплоперепадов с высокой эксергетической эффективностью (рис. 5).
Рис. 5. Вакуумная энергоустановка Вакуумная энергоустановка на рис. 5 включает в себя:энергоноситель (воду) - 1; вакуумный котел - 2; подвод тепловой энергии / топлива (при необходимости) - 3; детандер - 4; электрогенератор - 5; калорифер или жидкостный конденсатор - 6, конденсатный насос 7 и насос охлажденного энергоносителя - 8, обеспечивающий подачу охлажденного энергоносителя на отопление.
Способы повышения энергетической эффективности вакуумных энергоустановок
Одним из основных решений, используемых для повышения коэффициента полезного действия (КПД) вакуумных энергоустановок, является применение адаптивного термодинамического цикла, обеспечивающего на 20-30 % большую среднегодовую выработку электроэнергии, чем классические циклы Ренкина, например, органический цикл Ренкина (ОЦР) или цикл Калины (принцип работы адаптивного термодинамического цикла показан на рис. 6 и 7). Также для увеличения КПД-нетто таких энергоустановок может использоваться бескомпрессионное нагнетание рабочего тела, позволяющее в несколько раз снизить затраты электроэнергии на прокачку рабочего тела или энергоносителя.
Рис. 6. Иллюстрация необходимости адаптивного цикла при работе вакуумной энергоустановки [10]
Рис. 7. Принцип работы адаптивного термодинамического цикла [10]
Как видим из рис. 6, для экономичной работы вакуумной энергоустановки при неизменных внешних условиях по аналогии с автомобилем, не требуется изменение режима ее работы.
Однако, как только изменяются условия окружающей среды, для увеличения производства электроэнергии энергоустановкой требуется изменение параметров ее работы (см. рис. 7). Что позволит при сохранении расхода энергии увеличить выработку электроэнергии в холодное время суток или в холодное время года. Это обеспечивается динамическим изменением степени расширения и иных параметров цикла для максимального приближения к фактически располагаемому теплоперепаду, изменяющемуся как в течение суток, так и в зависимости от времени года, при отводе тепла мятого пара к атмосферному воздуху или при регулировании графика отпуска тепла потребителю.
Использование фактического экзегетического потенциала позволяет, изменяя степень расширения рабочего тела в детандере (турбине), обеспечивать увеличение электрического КПД энергоустановки [10].
Снижение себестоимости изготовления вакуумных энергоустановок и упрощение конструкции обеспечивается применением тепломассобменных устройств, работающих при отрицательных давлениях, вместо классических теплообменников, что позволяет кардинально снизить потребность оборудования в сервисе, а также минимизировать себестоимость, отливая установки из полимера, реактопласта или делая их из композита.
Также параллельно были решены иные конструкторские задачи, возникшие при разработке и создании указанного оборудования, которые позволяют изготавливать его без использования зарубежных комплектующих.
Сферы применения вакуумных энергоустановок
К сферам применения вакуумных энергоустановок относятся (рис. 8):
- Надстройка теплоэнергетических объектов и установок, таких как котельные отопительного и производственно-отопительного назначения, тепловые пункты (ТП), такие как центральные и индивидуальные ТП (ЦТП и ИТП), индивидуальные котлы, установленные в коттеджах и т. п.
- Надстройку мини-ТЭЦ и мини-ТЭС на базе двигателей внутреннего сгорания (ДВС), таких как ГПД, дизельные двигатели и ГТД с целью использования для нужд производства электроэнергии тепла, отводимого как от отходящих газов, так и от систем охлаждения двигателя, масла и от интеркулера.
- Надстройка гелиоэнергоустановок фотовольтаического и гелиоконцентраторного типов, а также надстройка солнечных коллекторов.
- Использование геотермальной энергии в любых ее формах.
- Промышленная теплоутилизация.
Рис. 8. Сферы применения вакуумных энергоустановок
Структура перспективных систем Ресурсоснабжения
Перспективные системы ресурсоснабжения должны включать в себя как существующую энергетическую инфраструктуру, такую как ЛЭП, системы трубопроводного транспорта ТЭР, воды и стоков, а также в обязательном порядке возобновляемые ресурсы, такие как энергия солнца, ветра, воды (бесплотинные, приливные гидроэлектростанции (ГЭС), малые ГЭС), а также энергию биомассы и возобновляемых ископаемых ресурсов, например, торфа, которого на территории России образуется на уровне 100 млн тонн в год, но не относимого, например, в отличие от Финляндии, к возобновляемым ресурсам.
Такая поэтапная надстройка существующей энергоинфраструктуры локальными генерирующими комплексами малой мощности позволит:
Разгрузить магистральные ЛЭП и снизить зависимость от поставок ИПГ по газопроводам, там самым обеспечив устойчивость системы к ЧС различного характера.
Использование широкого спектра источников первичной энергии, таких как квалифицированные топлива, ВИЭ, местные низкосортные горючие, позволяет обеспечить устойчивость работы системы ресурсоснабжения за счет инвариантности поставки ТЭР в следствие гарантированной поставки какого либо вида ТЭР потребителю и используя ресурсы, непосредственно присутствующие в окружающей среде (ВИЭ).
Применение малых энергоустановок, таких как мини-ТЭЦ на базе поршневых ДВС, вакуумных энергоустановок, аккумуляторов энергии, конвертеров постоянного тока в переменный ток, позволяет сформировать систему генерации электроэнергии, устойчивую к разрывам внутрисетевых связей, установленных магистральными ЛЭП. Что позволит обеспечить стабильное поддержание показателей качества электроэнергии, вырабатываемой турбоустановками и их безаварийную работу при выходе из строя ЛЭП напряжением 110…750 кВ.
Рассмотренный комплекс мероприятий позволит создать Умные сети: первоначально на базе электросетей всех типов от 0,4 до 750 кВ включительно с последующей интеграцией в указанные Умные электросети систем теплоснабжения, водоснабжения и водоотведения [12], а также систем топливоснабжения с использованием газотранспортной инфраструктуры, транспортирующей как ИПГ, так и синтетический метан, выработанный с использованием, например, синтеза Фишера-Тропша (СФТ) и технологии газогидратной очистки и складирования полученного метана [11].
Актуальность необходимости глубокой взаимоинтеграции всех систем производства, транспорта и потребления перерабатываемых ресурсов обусловлена не только потребностью экономии, но и реалиями современного общества, одной из которых стало целенаправленное разрушение систем ресурсоснабжения деструктивными элементами. Например, произошедший 3 марта 2016 года блэкаут на всей территории Сирии [7] сложно объяснить конвенциональными военными действиями, а не целенаправленной диверсии, в основном затронувшей коммунальные объекты и энергозависимую инфраструктуру. То, что на территории России, особенно в наиболее холодное время года, такие блэкауты пока не происходили, не может гарантировать их дальнейшее отсутствие, как и отсутствие управляемых экологических катастроф, способных нанести значительный вред инфраструктуре и лишь дает некоторую отсрочку для экстренной модернизации системы электроснабжения и связанных с ней систем.
Последовательность создания Умных сетей такова:
1. Надстройка объектов системы теплоснабжения, включая объекты производства, транспорта и распределения тепла, таких как котельные всех типов, ЦТП и ИТП, коттеджные котлы, системами электрогенерации, обеспечивающими покрытие как минимум собственных нужд.
2. Увеличение вырабатываемой электрической мощности на объектах системы теплоснабжения до необходимого потребителям или технически обоснованного максимума с выделением резерва мощности, способного покрыть недостаток мощности на них в период проведения планово-предупредительных ремонтов (ППР).
3. Развитие межкластерных связей ЛЭП напряжением 6,3…10 кВ, обеспечивающих необходимое маневрирование мощностью как по зонам суток, так и на период проведения ППР или в случае ЧС.
4. Интеграция созданных кластеров в электрические сети напряжением 35…330 кВ с целью поддержания стабильности работы ТЭС и атомных электростанций в период масштабных ЧС и обеспечения электроснабжения потребителей в удаленных районах, например, при нарушении подачи ИПГ.
5. Интеграция в систему теплоснабжения вакуумных солнечных коллекторов, гелиоконцетраторных электростанций, геотермальных и петротермальных ТЭЦ (ГеоТЭЦ) и электростанций (ГеоТЭС) с целью максимального обеспечения местными видами энергоресурсов.
6. Установка резервных котлов (или модификация газовых или жидкотопливных котлов), предназначенных для работы на местных горючих таких как торф, щепа, твердые бытовые отходы (ТБО) и т. п., предназначенных для решения двоякой функции: гарантированного теплоснабжения с использованием любого доступного горючего и для утилизации (инсенерации) отходов на случай ЧС, когда вывоз отходов из населенных пунктов может быть затруднен, но необходим для предотвращения рисков развития эпидемических ситуаций.
7. Активное использование геотермальной энергии возможно на фоне высвобождения буровых мощностей в нефтегазовой отрасли при возможном снижении объемов добычи, рассматриваемом в России, так и при вводе в эксплуатацию обширного фонда законсервированных скважин, обладающих необходимым тепловым потенциалом.
8. Интеграция в энергосистему фотовольтаики, ветрогенераторов, разнотипных ГЭС для увеличения доступной ресурсной базы с целью увеличения стабильности энергосистемы.
9. Интеграция систем как минимум частичного снабжения потребителей технической водой для работы систем канализации и как минимум частичной переработки стоков в единую Умную сеть ресурсоснабжения.
10. Интеграция в Умные сети систем климатизации, накопления энергии, снабжения потребителей ТЭР с использованием местных энергоресурсов и низкосортных топлив, перерабатываемых в квалифицированные ТЭР и транспортируемые по единой системе топливоснабжения.
Рассмотренные выше этапы реализации оптимально развивать параллельно в зависимости от местных условий, доступности ресурсов в регионе, а также с целью накопления опыта по внедрению и интеграции технологий в различных климатических условиях.
Выводы
По прогнозу 2009 года только в странах ЕС возобновляемая энергетика должна создать к 2020 году 2,8 млн рабочих мест. Аналогичные прогнозы подтверждаются динамикой создания квалифицированных рабочих мест не только в странах ЕС, но и в США, где за 2015 год в секторе ВИЭ было создано больше рабочих мест, чем в нефтегазовом секторе с учетом сектора трубопроводного транспорта добытых углеводородов. Спрос в ВИЭ именно на квалифицированный персонал, т. к. рутинные сервисные операции рассматриваются зоной применения робототехники, позволяет решать как проблемы депрессивных регионов, в том числе - моногородов, зависящих от работы устаревших стагнирующих производств, так и поставит потенциальную проблему недостатка в высококвалифицированных специалистах, способных выполнить все функции от производства энергоустановок до перепроектирования большого числа энергообъектов, их реконструкции и обеспечения качественного сервисного обслуживания.
Реализация такого масштабного проекта локального энергоснабжения с параллельным развитием местных импортозамещающих производств способна стать драйвером как возрождения и увеличения среднего класса, существенно сократившегося в последние годы, так и минимизировать негативное влияние действующих санкций, которые, за последний век были скорей нормой для нашей страны, чем непродолжительным исключением. В этой связи своевременное решение «локальной» задачи надежности энергоснабжения имеет потенциал оказания глубокого позитивного изменения в экономике как регионов, так и страны в целом, позволяя ускоренно развивать как существующую энергетику, так и научный, промышленный и экономический потенциалы.