Тимофеев П.Г.
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕСУРСОВ ВЕТРА В КОЛЬСКОЙ ЭНЕРГОСИСТЕМЕ *
Аннотация:
в статье анализируются перспективы промышленного использования ресурсов ветра в Кольской энергосистеме
Ключевые слова:
ветровая энергия, энергетика, Кольская энергосистема
УДК 620.9
Тимофеев П.Г.
ООО «ТехноКомСтрой»
(г. Санкт-Петербург, Россия)
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОМЫШЛЕННОГО
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕСУРСОВ ВЕТРА
В КОЛЬСКОЙ ЭНЕРГОСИСТЕМЕ
Аннотация: в статье анализируются перспективы промышленного использования ресурсов ветра в Кольской энергосистеме.
Ключевые слова: ветровая энергия, энергетика, Кольская энергосистема.
Кольская энергетическая система по величине установленной мощности (3758 МВт) является второй на Северо-Западе России. По структуре генерирующих мощностей она значительно ближе к энергосистемам соседних Скандинавских стран, таких как Швеция, Финляндия и Норвегия, чем к остальным энергосистемам Северо-Запада России. Как и в скандинавских странах, значительную долю выработки (до 45% в многоводные годы), обеспечивают гидроэлектростанции. Это объясняется подобием природно- климатических условий и прежде всего рельефа местности, гидрологическими условиями, отсутствием доступных топливных ресурсов и направленностью отраслей промышленности (горно-добывающая и металлургическая). Кроме ГЭС в энергосистеме работают также 5 теплоэлектроцентралей, Кольская атомная электростанция и Кислогубская приливная электростанция. Высоковольтная сеть объединяет все электростанции для работы под единым диспетчерским управлением. Кольская энергосистема связана по ЛЭП 330 кВ с Карелией и через нее - с ОЭС Северо-Запада России.
Имеются также связи с энергосистемами Северной Норвегии и Финляндии. До настоящего времени рассматривались следующие возможные варианты развития Кольской энергосистемы:
Поступление газа в Мурманскую область увязывается со сроками освоения месторождений газа и нефти шельфа Баренцева моря или прокладки газопровода из Республики Коми через Вологодскую, Архангельскую области и Карелию в Мурманскую область. При этом глубокая газификация экономики Мурманской области в этих вариантах означала бы строительство Мурманской ТЭЦ на газе, нескольких предвключенных парогазовых станций, а также газовых котельных. Однако, как освоение шельфа на севере, так и прокладка газопровода с юга пока фактически не начинались.
Отсутствие финансирования делает проблематичной реализацию строительства Кольской АЭС-2 (три блока по 645 МВт) в ближайшее десятилетие. По этой же причине, а также в связи с экологическими ограничениями приостановилось дальнейшее проектирование и строительство гидроэлектростанций на Кольском полуострове. В списке возможных объектов значились каскад Иокангских ГЭС установленной мощностью 360 МВт, Восточно-Лицкие ГЭС суммарной мощностью 380 МВт, Понойские ГЭС суммарной мощностью до 1800 МВт. Эти ГЭС проектировались как пиковые и полупиковые электростанции.
Последним в перечне вариантов Развития энергосистемы названо освоение ветро-энергоресурсов региона. Освоение ресурсов ветра и строительство ветропарков может смягчить ситуацию с нарастанием дефицита энергии и мощности в Кольской энергосистеме и даже свести этот дефицит к нулю, при условии сооружения парков ВЭУ быстрыми темпами и достаточной суммарной мощности. Положительным моментом сооружения ВЭУ является то, что время от начала строительства до ввода в эксплуатацию каждой отдельной ВЭУ исчисляется днями, а время ввода всего ветропарка, состоящего из нескольких десятков ВЭУ, не превышает года. Это позволяет избежать длительного замораживания капиталовложений и обеспечивает быстрый оборот финансовых средств. Актуальность.
Наступление ряда маловодных лет (1953-1957гг.) привело к резкому снижению выработки ГЭС, исчерпанию полезных объёмов водохранилищ многолетнего регулирования и в результате – к отключению части металлургических производств. Народно - хозяйственные потери были так значительны, что в срочном порядке была достроена первая на Кольском полуострове тепловая электростанция – Кировская ГРЭС мощностью 500 МВт. Необходимо отметить, что график нагрузки потребителей во всех временных интервалах (сутки, неделя, сезон) в Кольской энергосистеме всегда оставался достаточно плотным. Так, полнота среднесуточного графика нагрузки системы характеризовалась показателем 0,86, неравномерность недельного графика - 0,95 , годовая неравномерность - 0,77. Однако с развитием других отраслей промышленности и ростом бытового электропотребления график нагрузки постепенно разуплотнялся. В связи с этим после ввода в строй Кольской АЭС был построен каскад Териберских ГЭС чисто пикового назначения с водохранилищем сезонного регулирования и числом часов работы с установленной мощностью 2200 ч в год.
Суточный график нагрузки энергосистемы имеет два выраженных пика – утренний и вечерний. При этом в целом потребление увеличивается в дневные часы и снижается в ночные. Недельный график нагрузки также имеет неравномерный характер - с небольшим снижением нагрузки в выходные дни. Несмотря на большое количество ГЭС в системе лишь немногие из них являются пиковыми и полупиковыми и способны выполнять функции частотного и нагрузочного резерва. Этот вопрос следует рассмотреть подробнее, так как именно величина располагаемой маневренной мощности в энергосистеме определяет масштаб возможного внедрения ветроэнергетических установок. Гидроэлектростанции в Кольской энергосистеме выполняют регулирующую роль, они обеспечивают покрытие пиков нагрузки и тем самым обеспечивают ровный базовый режим работы Кольской атомной электростанции в суточном и в сезонном разрезе.
Функции нагрузочного и частотного резерва выполняются наиболее пиковыми и высоконапорными электростанциями системы – каскадами Туломских, Серебрянских, Териберских ГЭС, а также ГЭС Нива-3. Необходимо отметить, что скорость реагирования на изменение нагрузки для высоконапорных ГЭС составляет от нескольких секунд до нескольких минут. Именно это и определяет их использование в качестве нагрузочного и частотного резервов. Суммарная мощность пиковых ГЭС в системе составляет около 820 МВт. Функции ремонтного и сезонного резерва несут на себе ГЭС Ковдинского и отчасти Нивского каскадов.
В энергосистеме реализована программа оптимального многолетнего регулирования гидроэлектростанций, критерием оптимальности которой служит минимум эксплуатационных расходов. Российские и зарубежные специалисты, занимающиеся внедрением крупных ветропарков в состав энергосистем считают, что ГЭС являются наиболее эффективным и дешевым средством для выравнивания как краткосрочных – от нескольких минут до нескольких часов, – так и долгосрочных вариаций мощности ветропарков. Оценивать их регулирующие возможности необходимо в каждом отдельном случае. В настоящее время в Мурманской области наблюдается избыток установленных мощностей и электроэнергии. Поэтому при планировании строительства новых генерирующих мощностей необходимо прежде всего определиться с рынками её сбыта. В соседних странах – Норвегии и Финляндии имеется намерение покупать электроэнергию от экологически чистых возобновляемых источников и прежде всего от ВЭУ и ГЭС.
Норвегия в качестве альтернативы поставкам электроэнергии из Великобритании по подводным кабелям рассматривает планы поставки электроэнергии от крупных ветропарков с территории Кольского полуострова. Поэтому в качестве целеполагающего сценария совместной работы ГЭС системы и ветропарков принималась возможность поставки всей дополнительной электроэнергии ветропарков в соседние страны. В дальней перспективе в случае подъема уровня промышленного и бытового электропотребления в Мурманской области поток электроэнергии от ветропарков может все в большей степени оставаться в России.
В любом случае необходимо выяснить, до какого уровня можно увеличивать мощность ветропарков и их выработку, чтобы она была полностью скомпенсирована режимом работы ГЭС и её можно было продавать как гарантированную электроэнергию. Для решения этой задачи были привлечены данные о среднечасовых скоростях ветра и реальные суточные графики нагрузки энергосистемы за 1967-1971, 1984-86, 1995-1998 годы. Выбранная последовательность лет не случайна. Она охватывает годы со слабым и сильным ветром, маловодные и многоводные годы. Кроме того, были использованы данные об объёмах воды в водохранилищах за указанные годы и их ёмкостные характеристики. Помесячные расчеты показали, что даже при мощности ветропарка в 100 МВт в маловодные годы (1984-1985гг.) возможно наполнение водохранилищ Серебрянских ГЭС до нормального подпорного уровня (что без ветропарка не достигалось). Если мощность ветропарка возрастает до 200 МВт, то необходимо также аккумулировать воду и на других ГЭС энергосистемы (например, Туломского и Нивского каскадов).
При наступлении многоводных лет, таких, как 1985-1986 гг. необходимо начинать сработку водохранилищ раньше, чем это было в отсутствие ветропарка. Было найдено два старых отчета, которые создают первое впечатление о ветреном климате. Это означает, что скорость ветра в регионе высокая: данные о 8-9 м/с на высоте 45 м представлены в первом отчете по окрестностям Мурманска. Там же указано, что скорость ветра близ поселка Териберка достигает 9.5 м/с. Второй отчет больше фокусируется на климатической обстановке и не дает данных по скоростях ветра на высотах, приближенных к высоте ветроэнергетической установки. Однако он упоминает, что в самом городе Мурманске ветер достигает 4.8 м/с, а за пределами города скорость может доходить до 8.0 м/с, что дает основания предполагать более высокую скорость на предполагаемом проектом участке.
Таким образом, оба исследования так или иначе подтверждают друг друга. Краткое сравнение с Атласом Ветров России РИСО обнаруживает скорость ветра в 6.5 – 7.5 м/с на открытых равнинных участках и 10 – 11.5 м/с на возвышенностях, в обоих случаях на высоте 50 м. Хотя первый показатель кажется низким, второй более приближен к ожиданиям. Предполагая, что показатели для окрестностей Мурманска лежат где-то посередине, среднее значение составляет 8-9 м/с на высоте 50 м. Для достижения более точных результатов и (в конечном итоге) подготовке надлежащих отчетов для предоставления в банки рекомендуется выполнить следующие действия: 1
Получить более точные долгосрочные метеорологические измерения на соседних территориях (например, в аэропорту Мурманска) для повышения точности корреляции; 2. Составить более подробную карту местности и рельефа; 3. Составить более подробную схему ветропарка; 4. Провести измерения ветра на выбранном участке, установив оборудование на одной / нескольких отдельно стоящих метеовышках или, например, на имеющихся вышках линий электропередач (это облегчит обеспечение безопасности оборудования). Верхний анемометр должен находиться не ниже, чем 2/3 высоты опоры В энергетики развитии энергетики России предусматривается проведение активной топливо – и энергосберегающей политики во всех сферах хозяйственной деятельности и в быту.
Одним из важных направлений этой политики является увеличение масштабов использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии, в том числе энергии ветра. К районам перспективным для достаточно широкого использования энергии ветра относятся многие северные районы, в частности, Мурманская область. В настоящей работе применительно к Мурманской области выполнен комплекс исследований и получена совокупность энергетических характеристик ветра, объединяемая понятием ветроэнергетического кадастра. В основу разработки кадастра положена уточненная методика, основными отличительными особенностями которой является приведение средних скоростей ветра к условиям открытой ровной местности и высоте 10 м от поверхности земли.
Для учета фактора открытости использована классификация В.Ю.Милевского, а для учета фактора высоты – степенная функция вертикального профиля ветра. Обработка по этой методике 20-летних рядов наблюдений за скоростью ветра на 36 метеостанциях Мурманской области показала, что регион располагает высоким потенциалом ветровой энергии, сосредоточенным, главным образом, в прибрежных районах Баренцева и Белого морей. Технические ветроэнергоресурсы оцениваются в 360 млрд. кВт·ч при суммарной установленной мощности ветроэнергетических установок (ВЭУ) около 120 млн. кВт. Наиболее сильные и устойчивые ветры наблюдаются на северном побережье Кольского полуострова. Здесь среднегодовые скорости ветра на высоте 10 м достигают 7-8 м/с. Это одно из самых ветреных мест на всем европейском Севере России.
Использование в этом районе хотя бы 1-2 % указанных ресурсов, самых доступных и выгодных (это 4-7 млрд. кВт·ч выработки и 1-2 млн. кВт мощности), может иметь большое значение. Благоприятными предпосылками для промышленного использования энергии ветра на Кольском полуострове являются: - высокий потенциал ветра на значительных территориях; - наличие господствующих ветров (южных и юго-западных), позволяющих более компактно, с меньшими затратами размещать ВЭУ на местности; - совпадение зимнего максимума интенсивности ветра с максимумом потребности в электрической и тепловой энергии со стороны потребителей; - взаимодополняющий характер сезонного поступления ветровой энергии и гидроэнергии рек; - наличие в Кольской энергосистеме 17 гидроэлектростанций суммарной мощностью более 1,5 млн. кВт, располагающих водохранилищами суточного, сезонного и многолетнего регулирования и позволяющих компенсировать непостоянство ветровой энергии.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Номер журнала Вестник науки №8 (65) том 3
Ссылка для цитирования:
Тимофеев П.Г. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕСУРСОВ ВЕТРА В КОЛЬСКОЙ ЭНЕРГОСИСТЕМЕ // Вестник науки №8 (65) том 3. С. 113 - 121. 2023 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/9785 (дата обращения: 17.05.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2023. 16+