12. Типы электростанций и их размещение в России

Электроэнергетика – важнейший фактор территориальной организации хозяйственной деятельности. Её объекты обладают мощным районообразующим и градообразующим потенциалом. Если в первые советские пятилетки, имеющиеся технологии позволяли передавать электрическую энергию на расстояние не более 300-400 км, то в настоящее время радиус эффективной передачи – 2,5 и более тыс. км. Следовательно, размещение производства относительно источников энергии становится более свободным, независимым.

Системообразующий элемент энергетики – распределительные сети. Общая протяженность линий электропередач в стране – более 2,5 млн. км (для сравнения: в Японии только 60 тыс. км – это яркий пример воздействия территориальных масштабов страны на объем затрат по ее обустройству).

Размещение объектов электроэнергетики зависит от двух основных факторов: 1. Наличия и качественного состояния первичных энергоресурсов, геологических условий добычи сырья и возможностей его транспортировки с минимальными потерями и затратами; 2. Платежеспособного спроса на произведенную энергию.

В настоящее время по производству электроэнергии Россия находится на 4 месте в мире после США, КНР и Японии.

В стране значительны потери электроэнергии. Так в 2005 году они составляли 12,9% от суммарной выработки.

70% территории России, на которой проживает менее 10% населения, не обслуживается единой системой энергоснабжения (ЕЭС), относится к зоне децентрализованного энергоснабжения – Зона Севера.

Структура выработки электроэнергии в России в целом соответствует мировым пропорциям. Главный тип станций – тепловые.

Почти 25% электрической энергии вырабатывается в Центральном федеральном округе, 20% – в Сибирском, 19,5% – Приволжском, 15% – Уральском. Производство электроэнергии по территории страны весьма рассредоточено, в отличие от добычи минерального топлива, и в большей степени ориентируется не на сырьевой, а потребительский фактор. К электроизбыточному району относится Восточно-Сибирский, самый электродефицитный район – Центральный.

53% вырабатываемой электроэнергии потребляется в промышленности, 8% – на транспорте, 7% – в сельском хозяйстве, доля прочих отраслей – 32%.

Электроэнергетика, основанная на различных видах невозобновимого минерального топлива (химическая энергия > тепловая энергия > электрическая энергия) и использующая силу падающей воды рек относится к традиционной. На долю ТЭС, ГЭС и АЭС приходится 99% вырабатываемой в России энергии.

Теплоэлектростанции. Всего на территории России действует около 600 тепловых станций. Они вырабатывают электрическую и тепловую энергию за счет сжигания природного газа (67%), угля (28%) и мазута (5%).

Тепловая электроэнергетика представлена станциями двух типов, а именно: работающими в режиме конденсации (вырабатывается только электрическая энергия) и работающими в режиме теплофикации (вырабатывается электрическая и тепловая энергия).

Конденсационные электростанции (КЭС) в свою очередь подразделяются на районные (ГРЭС) и центральные (ЦЭС). ГРЭС – самые мощные и, значит, потребляют значительное количество минерального топлива, являются зависимыми от транспортных издержек по перевозке топлива и поэтому их выгодно размещать у сырьевых баз (буроугольные разрезы, НПЗ, ГПЗ). ЦЭС – строятся на площадках энергоемких промышленных предприятий, т.е. непосредственно у пиков энергопотребления, с целью снижения расходов предприятий.

Теплофикационные электростанции (ТЭЦ) строят только в крупных городах, поскольку передача теплоносителя (горячей воды) может осуществляться в радиусе не более 10-15 км от станции. Например, Челябинск обслуживается тремя ТЭЦ. В стране построено и эксплуатируется более 260 тыс. км теплосетей.

В малых городах функцию теплоснабжения выполняют котельные установки. Их общее число приближается к 190 тыс.

Гидроэлектростанции. На территории России функционирует около 100 гидроэлектростанций (ГЭС). ГЭС характеризуются самой низкой себестоимостью вырабатываемой электроэнергии, поэтому к ним тяготеют самые энергоемкие отрасли промышленности (выплавка легких цветных металлов, производство синтетических волокон и нитей и др.).

На территории Восточной Сибири и Дальнего Востока сосредоточено 80% технического гидроэнергопотенциала страны.

Различают такие типы ГЭС как равнинные, горные, деривационные и гидроаккумулирующие.

Самые мощные равнинные и горные ГЭС образуют каскады на крупных реках.

В состав Ангаро-Енисейского каскада входят станции: Саяно-Шушенская (6,4 млн. кВт), Красноярская (6 млн. кВт), Иркутская (4 млн. кВт), Братская (4,5 млн. кВт), Усть-Илимская (4,3 млн. кВт), сооружается Богучанксая ГЭС (4 млн. кВт).

Волжско-Камский каскад образован такими станциями как: Иваньковская, Угличская, Рыбинская, Горьковская, Чебоксарская, две Волжские (возле Самары и Волгограда), Саратовская, Камская, Воткинская, Нижнекамская.

Строительство ГЭС требует длительных сроков и значительных капиталовложений (фондоемкая отрасль). Главное их предназначение – покрытие пиковых энергонагрузок в сети.

Атомные электростанции. Всего на территории страны функционирует 10 гражданских атомных электростанций (АЭС). Каждая станция состоит из отдельных энергоблоков – реакторов. Их общее количество – 31. Помимо них для гражданских нужд также используются мощности атомных реакторов в Димитровграде (Ульяновская область) и Северске (Томская область). Первая в мире АЭС введена в эксплуатацию в 1954 году –Обнинская (Калужская область).

Ранее утверждалось, что АЭС наиболее экономичный способ энергоснабжения топливо – и энергодефицитных районов страны, но при этом забывали о том, что 75% суммарных затрат в ядерном топливном цикле приходится на переработку и захоронение отходов, которые не брались во внимание при расчете себестоимости.

Срок службы одного атомного реактора – около 30 лет, после чего его необходимо выводить из эксплуатации. В России в гражданских целях эксплуатируются ядерные реакторы трех типов: 1) водо-водяные (ВВЭР), 2) большой мощности канальные (РБМК) – с 1986 года именуются реакторами «чернобыльского типа», 3) на быстрых нейтронах (БН). Реакторы ВВЭР и РБМК в качестве топлива используют низкообогащенный уран (изотоп 235 U). Реакторы БН в качестве топлива используют 238 U. В стране пока только одна станция использует передовую технологию БН – Белоярская (Свердловская область, город Заречный).

АЭС используют транспортабельное топливо – тепловыделяющие элементы из низкообогащенного урана. При расходе 1 кг урана выделяется теплота, эквивалентная сжиганию 2.5 тыс. т лучшего угля. Эта особенность исключает зависимость АЭС от сырьевого фактора и обеспечивает маневренность в их размещении.

Их целесообразно строить в первую очередь в тех районах страны, где замыкающие затраты на энергоснабжение посредством ТЭС наиболее высоки, а предпосылок для создания мощных каскадов ГЭС практически нет (Северо-Запад, Центр, Юг).

АЭС ориентируются на потребителей, расположенных в районах с напряженным топливно-энергетическим балансом или в местах, где выявленные ресурсы минерального топлива ограничены. Площадки под их строительство отводятся не ближе 30 км от крупных городов, в сейсмически спокойных зонах. Например, Ленинградская АЭС, размещена на берегу Финского залива у города Сосновый Бор.

Предполагается, что к 2025 году доля вырабатываемой на АЭС энергии вырастет до 22%. Для этого в стране необходимо построить около 40 новых энергоблоков. Некоторые из старых проектов уже реанимированы. В частности возобновлено строительство Южноуральской АЭС. Обсуждается идея строительства плавучих АЭС для электроснабжения прибрежных районов Российской Зоны Севера.

Запасы невозобновимых ресурсов минерального топлива на планете ограничены, а их сжигание сопряжено с огромными экологическими издержками. Поэтому переход к альтернативной энергетике (АЭ) неизбежен; рассмотрение её перспективной географии – веление времени. АЭ – производство электрической и тепловой энергии на основе возобновляемых источников (ВИЭ): солнечной энергии, энергии ветра, энергии биомассы, геотермальной энергии, энергии морских приливов и отливов, энергии волн и температурного градиента морской воды, энергии малых рек и некоторых других.

На долю АЭ в настоящее время приходится менее 0,5% вырабатываемой энергии в России.

Технический потенциал (количество энергии, которое может быть получено из данного вида энергоресурса при существующем уровне развития техники и технологий) ВИЭ в России оценивается в 4.5 млрд. т.у.т., что примерно в четыре раза превышает современный уровень энергопотребления страны.

Геотермальная энергетика. В России разведано 9 источников пароводяных смесей –парогидротерм (ПВС), которые могут использоваться для работы геотермальных электростанций. Они сосредоточены в пределах тихоокеанского вулканического кольца, общие запасы ПВС здесь превышают установленную мощность Камчатской и Сахалинской энергосистем вместе взятых.

В 1967 г. в СССР была построена экспериментальная ПаужетскаяГеоТЭС мощностью 11 МВт, работающая по технологии «Б» и Паратунская станция, работающая по технологии «В».

В настоящее время примерно в 100 км от Петропавловска строится МутновскаяГеоТЭС, точнее, целый геотермический комплекс, полная мощность которого составит около 200 МВт. На острове Итуруп завершаются работы по проектированию ОкеанскойГеоТЭС мощностью 30 МВт. Продолжается поиск парогидротерм на Менделеевском участке острова Кунашир (будущая МенделеевскаяГеоТЭС). Перспективен для строительства ГеоТЭСостров Парамушир. Намечается строительство КаясулинскойГеоТЭС в Ставропольском крае. В Дагестане на базе Тарумовскойпарогидротермы можно соорудить ГеоТЭС мощностью до 500 МВт.

На территории России разведано 56 месторождений и участков термальных вод, запасы которых превышают 300 тысяч кубометров в сутки. Термальные воды применяются для отопления и горячего водоснабжения. В небольших объёмах (около 400 тыс. т.у.т.) геотермальное теплоснабжение развито в Дагестане, Краснодарском крае и Камчатской области.

Наиболее перспективными регионами для развития считаются Краснодарский (Мостовское и Вознесенское мест.) и Ставропольский края (Казьминское мест.), Дагестан (Кизлярское и Махачкалинское мест.), Карачаево-Черкессия, Тыва, Бурятия, Тюменская, Омская, Томская и Камчатская (Паратунское мест.) области.

Ветроэнергетика. Одним из основных параметров, определяющих потенциал ветровой энергии приземного слоя атмосферы, является среднегодовая скорость ветра, от которой зависит мощность ветроэлектрических установок (ВЭУ).

В настоящее время для развития ветроэнергетики считаются перспективными регионы, в которых среднегодовая скорость ветра составляет не менее 5 м/с, но оптимальными считаются скорости в диапазоне 8-20 м/с. Современные технологии позволяют использовать ресурсы и умеренных ветров (3-5 м/с). Особенно благоприятны в России условия всего Арктического побережья от Кольского полуострова до Чукотки, а также побережья Берингова, Охотского, Балтийского, Каспийского, Чёрного и Азовского морей. Опыт США свидетельствует о перспективности строительства ВЭУ на горных перевалах.

В настоящее время смонтированы ВЭУ на площадках Калмыцкой и Заполярной (в 3 км к востоку от Воркуты) ВЭС. В качестве экспериментальных функционируют два полигона, на которых испытываются различные ВЭУ, в Ивангороде и в поселке Дубки (Дагестан). Утверждён проект Приморской ВЭС мощностью 30 МВт (Дальэнерго), Магаданской ВЭС мощностью 50 МВт и Морской ВЭС мощностью 30 МВт (Карелэнерго). Совместно со странами Скандинавии намечается освоение ветроэнергоресурсовКольского полуострова. Учёными ПГУ проведены исследования Прикамья, подтверждающие возможность широкого развития в данном регионе ветроэнергетики.

Гелиоэнергетика. Традиционно использование солнечной энергии рассматривается как идеальный источник, способный обеспечить неограниченные человеческие потребности. Для использования солнечной энергии применяется ряд технических способов.

Первый способ – солнечное теплоснабжение и горячее водоснабжение с помощью солнечных коллекторов (водонагревателей). Второй способ – преобразование светового потока в электрическую энергию с помощью фотоэлектрических установок (солнечных батарей), которые устанавливают на крышах зданий и др. Основу солнечных батарей составляют полупроводниковые приборы – элементы, изготавливаемые из двух пластинок кремния (иногда, используются менее доступные соединения галлия и кадмия). Третий способ – сооружение солнечных электрических станций (СЭС) модульного и башенного (солнечная энергия собирается зеркальными гелиостатами) типа. Уловленные станцией солнечные лучи фокусируются на ёмкость с водой (бойлер). Вода, нагреваясь, превращается в пар вращающий турбину. Четвёртый способ – пассивный солнечный обогрев зданий посредством пристройки к ним соляриев (теплиц).

Расчёты показывают, что для генерирования 100 МВт электроэнергии нужна поверхность солнечных батарей площадью в 1,6 км². Средняя годовая величина плотности солнечного потока составляет в России 96 Вт/м²(по природным зонам колеблется от 75 до 165 Вт/м²). Для сравнения: в пустынях тропического пояса 210-250 Вт/м².

Географическое положение России вовсе не является препятствием для развития этого вида АЭ в стране, но наиболее благоприятные условия (по мощности потока, по количеству часов солнечного сияния в течение года) складываются к югу от 50 градуса северной широты. Наиболее обеспечены гелиоресурсамиАстраханская, Волгоградская, Читинская, Ростовская, Амурская и Оренбургская области, Ставропольский, Краснодарский и Приморский края, Дагестан, Тыва, Бурятия и Калмыкия.Солнечная фотоэлектрическая станция мощностью 100 МВт, сооружённая в указанных районах, могла бы выработать за сезон при слежении за солнцем до 300 млн. кВт.часов, занимая при этом площадь порядка 3 км².

Производство тепловой энергии солнечными коллекторами (для горячего водоснабжения и отопления) эффективно на территории России до широты Санкт-Петербурга (60 град. с. ш.). Российские учёные считают, что граница использования солнечной энергии может быть продвинута до широты полярного круга, т.е. почти до 70 град. с. ш. при использовании вакуумных коллекторов.

В настоящее время утверждено технико-экономическое обоснование Кисловодской СЭС мощностью 1,5 МВт, с целью замены экологически нежелательных для города-курорта котельных. Рассматривается возможность создания Элистинской СЭС.

Приливная электроэнергетика. Принцип работы ПЭС основан на гравитационном притяжении больших масс воды океанов со стороны Луны и, в меньшей степени, Солнца. Наблюдающиеся при этом циклические колебания уровня мирового океана, составляют в среднем 0,5 метра, тогда как для эффективной работы ПЭС требуется высота приливной волны более пяти метров. В России наибольшие по высоте приливы наблюдаются в Охотском Белом морях (соответственно 13,4 и 10 метров).

В Кислой губе Баренцева моря в 1968 г. была пущена в эксплуатацию вторая в мире ПЭС мощностью 400 кВт – Кислогубская. На станции проводятся экспериментальные работы институтом Гидропроект. Разрабатывается проект ЛумбовскойПЭС мощностью 320 МВт, а в Мезенском заливе трёх станций: Мезенской (1300 МВт), Кулойской (500 МВт) и Беломорской (14000 МВт). Выполнен технико-экономический расчёт Кольской ПЭС мощностью 32 МВт. На Охотском побережье, в Тугурском заливе, запроектировано строительство Тугурской ПЭС мощностью 6800 МВт. Этот объект будет включать 42 силовых агрегата вмонтированных в плотину с 260 водопропускными отверстиями. Срок строительства – 11 лет.

Малая гидроэнергетика. Малая гидроэнергетика, основанная на использовании энергии малых водных потоков, в отличие от «большой», не сопровождается затоплением обширных площадей, может развиваться по бесплотинной технологии (бесплотинныемикроГЭС), использовать сбросные воды тепловых электростанций.

В настоящее время принято относить к малым ГЭС электростанции или электроустановки с установленной мощностью не более 30 МВт и диаметром рабочего колеса не более 3 метров.

Сложившаяся (с 1932 г.) тенденция в развитии отечественной энергетики на создание крупных электростанций привела к остановке и разрушению многих малых ГЭС, водяных мельниц и колёс. Если в 50-е годы ХХ века в России работали десятки тысяч малых ГЭС (было три станции и на территории Челябинской области:Зюраткульская, Аргазинская и Шершнёвская), то сейчас их осталось не более 200 суммарной мощностью около 1000 МВт., остальные выведены из эксплуатации. Энергетический потенциал малых водных потоков в России используется менее чем на 1%.

Условия для развития малой гидроэнергетики в России есть практически повсеместно.

Биоэнергетика. Сырьевой базой для развития биоэнергетики служат отходы животноводства и земледелия, пищевой, целлюлозно-бумажной и деревообрабатывающей отраслей, твёрдые бытовые отходы, осадки городских сточных вод, а также специально выращиваемые на плантациях породы древесных растений и водоросли. Образующийся при их сжигании биогаз можно преобразовывать в тепловую и электрическую энергию, использовать в двигателях внутреннего сгорания, попутно получать компост – ценное органическое удобрение. Технологическая цепочка: а) сжигание отходов > выделение биогаза > сжигание биогаза; б) метановое брожение отходов и далее как в предыдущем случае.

Основные направления развития энергетики на основе использования биомассы: строительство биогазовых установок в индивидуальных, фермерских и коллективных сельских хозяйствах, на свинокомплексах и птицефабриках с целью переработки соломы, ботвы, навоза и других отходов; использование метантенков для получения биогаза на городских станциях аэрации; эффективное сжигание твёрдых бытовых и промышленных отходов с целью утилизации выделяющегося при этом тепла;выращивание «энергетических лесов» – топлива для электростанций (это направление активно развивается в США.Бразилии и Австралии).

При развитии биоэнергетики в России может быть использован опыт Китая и Индии, в которых насчитывается десятки миллионов полукустарных биогазовых установок во многих семьях на селе, Бразилии, где из отходов сахарного тростника налажено производство этилового спирта, на котором работает значительная часть автопарка страны и других стран.

Специалистами подсчитан валовой энергетический потенциал полной переработки годового объёма накапливающегося в стране навоза, отходов растениеводства и бытовой сферы. Он составляет огромную величину эквивалентную 10 млрд. т.у.т.

Потенциальная география биоэнергетики: пригородные зоны крупных городов; ареалы сельскохозяйственного производства (повсеместно, с тяготением к крупным животноводческим комплексам и птицефабрикам); центры деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности. Для выращивания «энергетических лесов» наиболее перспективны регионы Европейской части страны: Воронежская, Курская и др. На этих территориях плантация лесов площадью в 700-800 км² может дать топливо для электростанций эквивалентное 1 млн. т.у.т.