ОСОБЕННОСТИ ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ РЕСПУБЛИКИ САХА (ЯКУТИЯ)

Б. В. Лукутин, Г. Н. Климова, С. Г. Обухов, Е. А. Шутов, Н. М. Парников

Томский политехнический университет, ОАО "Сахаэнерго"

 

Якутия – крупнейшее административно-территориальное образование в Российской Федерации. Её территория в 5,5 раза больше Франции – самого крупного государства Европы – и составляет 18 % от площади РФ. Доля населения Якутии в общей численности населения РФ составляет примерно 0,7 %. Промышленность Якутии ориентирована на добычу и обогащение сырья, так как Республика богата природными ресурсами.

Якутская энергосистема во многом уникальна*. В ней представлены все виды генерации: гидрогенерация каскада Вилюйских ГЭС, газовая генерация Якутской ГРЭС и Якутской ТЭЦ, генерация на угле Нерюнгринской ГРЭС. При этом электроснабжение значительной части территории Якутии обеспечивают малые электростанции, работающие на дизельном топливе; они объединены в дочерней компании ОАО "Сахаэнерго", специализирующейся на малой энергетике. Приоритетным направлением социально-экономического развития Республики является повышение надёжности и эффективности электроснабжения потребителей в зонах децентрализованного энергоснабжения.

В настоящее время в организационную структуру ОАО "Сахаэнерго" входят шесть филиалов (Булунские, Верхоянские, Кобяйские, Олекминские, Эльдиканские и Янские электрические сети) и 14 обособленных структурных подразделений – районов электрических сетей (РЭС). Имущественный комплекс "Сахаэнерго" насчитывает 128 дизельных электростанций в 18 улусах Республики), в том числе 605 единиц дизель-агрегатов общей установленной мощностью 272,4 МВт, линии электропередачи общей протяжённостью 4101 км, 1007 единиц трансформаторных подстанций.

В соответствии с "Правилами технической эксплуатации дизельных электростанций" режимы работы станций должны планироваться. Долгосрочное планирование их режима должно осуществляться для характерных периодов года и предусматривать составление годовых, квартальных, месячных балансов энергии и баланса мощности на час максимума нагрузок; составление годовых и месячных планов ремонта основного оборудования электростанций, устройств релейной защиты и автоматики; разработку схем соединений электростанции, тепловых сетей для нормального и ремонтных режимов и др.

Основными характеристиками для классификации потребителей принято считать [1]: максимальную (пиковую) мощность Рmax; минимальный (базовый) уровень нагрузки Рmin; среднюю нагрузку Рср; коэффициент неравномерности нагрузки Кн=Рmin/Рmax; коэффициент использования максимума нагрузки Ки=Рср/Рmax (характеризует "плотность" нагрузки). В целом по "Сахаэнерго" максимальная (пиковая) мощность в 2007 г. составила 87,05 МВт при минимальном (базовом) уровне нагрузки 10,19 МВт. Средняя годовая нагрузка по всему объединению составила 43,85 МВт. Коэффициент неравномерности нагрузки Кн=0,12, коэффициент использования максимума нагрузки Ки=0,5.

Важнейшую роль в планировании играет прогнозирование графиков потребления электрической энергии. На рис. 1 представлены типовые суточные графики нагрузки для ДЭС пос. Чокурдах. Аналогичные графики построены и для других ДЭС ОАО "Сахаэнерго". Анализ суточных графиков электрических нагрузок децентрализованных потребителей Якутии позволяет сделать следующие выводы:

1. Форма суточного графика нагрузки определяется социально-бытовыми условиями жизни населения и в течение характерного сезона года изменяется незначительно.

2. Изменения суточного минимума и максимума нагрузки связаны главным образом с климатическими условиями и могут варьироваться в широких пределах.

3. Возможен достоверный прогноз суточного изменения нагрузки потребителей для каждой конкретной ДЭС на основе статистической обработки экспериментальных данных.

            

                                       а                                                                                                                                      б

Рис. 1. Типовые суточные графики нагрузки ДЭС п. Чокурдах:

а) осенне-зимне-весенний период; б) летний период

 

Для определения основных направлений повышения эффективности малой энергетики Якутии на базе электрических балансов ОАО "Сахаэнерго" был проведён комплексный системный анализ основных технологических процессов производства, распределения и потребления электрической энергии в децентрализованных зонах за период 2004–2006 гг. Численность и суммарная установленная мощность агрегатов ДЭС представлены в табл. 1.

1. Численность и установленная мощность агрегатов ДЭС

ОАО "Сахаэнерго"

Мощность,

кВт

Численность

Суммарная мощность, кВт

Суммарное время

наработки, ч

13–18

8

131

13868

25–85

151

8077,5

2057653

100–160

151

16460

2360500

200–220

22

4420

168442

300–375

107

33889

4036839

500–735

22

13441

1144915

800

80

64000

4242756

1000–12000

64

132020

1123035

Итого

605

272438,5

15148008

Средняя установленная мощность на один агрегат составляет 450 кВт, среднее время наработки на один агрегат к 2007 г. достигло 25038 ч, средняя выработка на один агрегат – 0,64–0,71 млн кВтч в год. Выработка электрической энергии по "Сахаэнерго" за рассматриваемый период практически не изменялась и находилась в пределах 388,4–431 млн кВтч. Динамика изменения электрического баланса представлена в табл. 2.

2. Электрический баланс ОАО "Сахаэнерго", % от выработки

Направление использования

Доля от выработки, %

2004 г.

2005 г.

2006 г.

Полезный отпуск

81,3

79,3

80

Потери

13

15,1

14,8

Собственные и хозяйственные нужды

5,7

5,6

5,2

 

Представленные результаты свидетельствуют, что электрический баланс "Сахаэнерго" стабилен, и его значительные изменения в дальнейшем могут быть связаны только с введением в строй крупных объектов производственного или социально-бытового назначения. Полезный отпуск электрической энергии на уровне 80 % от выработки говорит, что имеются значительные резервы по повышению эффективности режимов работы основного электрооборудования и снижению непроизводственных потерь электрической энергии.

Основным энергетическим показателем любого преобразовательного устройства является коэффициент полезного действия. Именно КПД определяет эффективность преобразования одного вида энергии в другой. Общий КПД энергетической системы определяется КПД входящих в него структурных элементов [1–3]. В этом смысле комплекс децентрализованного электроснабжения Республики Саха представляет собой совокупность автономных систем электроснабжения, осуществляющих преобразование потенциальной энергии органического топлива (дизельного, нефти, угля, газа) в более удобную в использовании электрическую энергию, а также доставку её до потребителя. Проведём оценку энергетической эффективности комплекса децентрализованного электроснабжения Республики Саха (Якутия) в целом и его основных структурных составляющих.

Выберем в качестве энергетического эквивалента условное топливо (1 кг дизельного топлива эквивалентен 1,45 кг ут, 1 кВтч электрической энергии – 0,123 кг ут). Баланс использования условного топлива по ОАО "Сахаэнерго" в 2006 г. представлен на рис. 2. Видно, что эффективность использования топлива (энергии) в децентрализованных зонах составляет 25,2 % (без учёта утилизации тепловой энергии). Наибольшие потери наблюдаются в дизель-генераторах при выработке электрической энергии – 68,1 %. Расход топлива на собственные и хозяйственные нужды ДЭС составляет 1,8 % от первичной энергии. Потери электрической энергии в распределительных сетях в среднем по ОАО "Сахаэнерго" составляют 4,9 %.

Рис. 2. Баланс эффективности использования топлива по ОАО "Сахаэнерго" (2006 г.)

 

Стоимость одной тонны натурального топлива по ОАО "Сахаэнерго" в 2007 г. составляла в среднем 21958 руб. [4], общий расход финансовых средств, связанный с приобретением топлива, идущего на выработку электрической энергии − 2,208 млрд руб. Учитывая, что КПД в целом по ОАО "Сахаэнерго" составил 25,2 %, эффективно использовано лишь около 556 млн руб.

Анализ эффективности использования энергии по РЭС (табл. 3) показал, что усреднённый КПД дизель-генераторов РЭС изменяется от 34,9 % в Янских, Эльдиканских сетях и Верхнеколымском РЭС до 22,4 % в Нижнеколымском РЭС. В целом полезно используется лишь от 28,3 до 16,3 % топлива.

Что касается работы отдельных дизельных станций, то техническое состояние Черской ТДЭС (Нижнеколымский РЭС) и ДЭС Суччино (Среднеколымский РЭС) позволяет полезно использовать лишь 13,9 и 11 % топлива соответственно. Общая эффективность, учитывающая расход топлива на собственные и хозяйственные нужды и потери в сети, при распределении электрической энергии до потребителей составляет 9,4 %. Наиболее эффективна работа Зырянской ДЭС (Верхнеколымский РЭС), КПД преобразования которой 35,7 %; общая эффективность – 29 %. Повышение общего КПД преобразования энергии децентрализованного комплекса электроснабжения региона позволит только на топливе получить экономию в размере более 20 млн руб.

3. Эффективность использования энергии по РЭС

Наименование

РЭС

КПД, %

Наименование РЭС

КПД, %

агрегата

общий

агрегата

общий

Янские сети

34,9

27,7

Среднеколымский

31,4

26,3

Верхнеколымский

34,9

28,3

Булунский сети

31,3

25,7

Эльдиканские сети

34,8

27,1

Олекминские сети

31,3

22,9

Жиганский

33,2

27,5

Момский

30,8

25,6

Усть-Майский

32,4

27,7

Оймяконский

30,3

24,4

Усть-Янский

32,1

23,7

Эвено-Бытант.

29,6

23,6

Кобяйские сети

31,9

23,6

Оленёкский

29,5

24,6

Чокурдахский

31,7

26,7

Верхоянские сети

28,6

22,7

Абыйский

31,5

26,0

Нижнеколымский

22,4

16,3

 

Специфика распределительных сетей предприятия определяет необходимость нормирования технологических потерь электрической энергии индивидуально для каждой ДЭС. Технологические потери энергии в сетях определяют расчётным путём, для чего на предприятии организованы регулярные замеры мощности не только на отходящих фидерах ДЭС, но и пофидерные замеры на подстанциях 6/0,4 кВ. В соответствии с [5] электросетевые компании обязаны ежегодно проводить необходимые организационные и технические мероприятия по снижению потерь электрической энергии в сетях.

Эффективным путём снижения себестоимости вырабатываемой электрической энергии и уменьшения расхода дизельного топлива является оптимизация расхода энергии на собственные и хозяйственные нужды ДЭС. Современные ДЭС обеспечивают уровень затрат энергии на собственные нужды станции не более 3 % от выработки (без учёта зданий), что существенно ниже среднего показателя по "Сахаэнерго" и по отдельным ДЭС. Повышение эффективности использования топлива дизельными электростанциями возможно за счёт оптимизации рабочего режима ДЭС; разработки новых эффективных структурных схем гибридных энергетических комплексов и использования местных природных и возобновляемых источников энергии.

Список литературы

1.                     Марченко О. В., Соломин С. В. Оптимизация автономных ветродизельных систем энергоснабжения // Электрические станции. 1996. № 10. С. 44–45.

2.                     Bezdek J.C. A convergence theorem for the fuzzy ISODATA clustering algorithm // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Mashine Intelligence. Vol. 2, 1980. Р. 8.

3.                     НТПД-90 Нормы технологического проектирования дизельных электростанций // Утверждены Минэнерго СССР, протокол от 19 июля 1990 г. № 38 (срок действия продлён протоколом от 13.05.96 г.).

4.                     Ефремов Э. И. Экономика топливно-энергетического комплекса Якутии. Новосибирск: Наука, 2007. 287 с.

5.                     Положение об организации в Министерстве промышленности и энергетики Российской Федерации работы по утверждению нормативов технологических потерь электроэнергии при её передаче по электрическим сетям. Утверждено приказом Минпромэнерго России от 4.10.2005 г.



* См. Официальный сайт ОАО АК "Якутскэнерго" - http://yakute.elektra.ru