Возобновляемые источники энергии как фактор развития энергетической системы Республики Башкортостан



На сегодняшний день в энергосистеме (ЭС) Республики Башкортостан существует ряд проблем, в числе которых можно выделить ключевые: растущий энергодефицит, энергозависимость от соседних ЭС, низкая степень энергетической безопасности. Преодолеть указанные трудности представляется возможным путем внедрения и эксплуатации электростанций, функционирующих на базе возобновляемых источников энергии (ВИЭ).

Ключевые слова: энергетическая система Республики Башкортостан, возобновляемые источники энергии, модель Лотки-Вольтерра.

По итогам 2014 г. доля топливно-энергетического комплекса (ТЭК) России в ВВП страны составила 29%, в налоговых поступлениях – 52%, в экспорте – 70%, что определяет ведущую роль ТЭК в российской экономике. Важнейшей отраслью не только ТЭК, но и всего народного хозяйства является электроэнергетическая, ограниченные возможности которой (нехватка электрических мощностей, топливных ресурсов и др.) замедляют темпы экономического роста. Именно поэтому энергетическая безопасность является важнейшей составляющей национальной безопасности любого государства.

В последние несколько десятилетий многие страны повышают степень своей энергобезопасности с помощью внедрения и использования возобновляемых источников энергии, которые наряду с передовыми технологиями составляют ядро нового технологического уклада. В Российской Федерации (РФ) ВИЭ долгое время не уделялось должного внимания в связи с обеспеченностью собственными запасами топливных ресурсов и высокой стоимостью электроэнергии, производимой на базе возобновляемых источников. Однако запасы природных ресурсов не безграничны, а поиск и разработка новых месторождений требует внушительных затрат. К тому же с развитием технологий себестоимость электричества на базе ВИЭ снижается и становится все более конкурентоспособной.

Наряду с очевидными преимуществами, такими как экологичность и неисчерпаемость, возобновляемая энергетика обладаетследующими достоинствами: возможность получение энергии в труднодоступных местах проживания населения; возможность использования земель, неприспособленных для хозяйственных целей; возможность одновременного использования земель для хозяйственных и энергетических целей. Кроме того практическое освоение ВИЭ способствует развитию малого и среднего бизнеса и созданию новых рабочих мест. Таким образом, можно утверждать, что широкие возможности применение ВИЭ помогут добиться цели указанной в «Энергетической стратегии России на период до 2030 г.», утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 13 ноября 2009 г. № 1715-р – максимально эффективно использовать природные ресурсы и потенциал энергетического сектора.

Также итоги 2014 г. подтвердили предположения специалистов о возможном энергодефиците в России: потребление электроэнергии (1064956,1 млн. кВт*ч) превысило суммарное производство(1064207,3 млн. кВт*ч). По данным исследования РИА, проведенного в 2012 г., из 71 региона РФ (ряд частично или полностью изолированных от единой энергосистемы (ЕЭС) регионов не рассматривался) дефицит электроэнергии собственного производства испытывали 49[1]. Поскольку различные регионы обладают разными географическими и климатическими условиями, возникает задача их исследования на возможностьвнедрения и использования возобновляемой энергетики.

Так, например, в число энергодефицитных регионов РФ входит Республика Башкортостан (РБ). За последние 20 лет эффективность функционирования и темпы развития электроэнергетики РБ существенно снизились.Выработка электроэнергии на территории Башкортостана имеет общую тенденцию к уменьшению за счет сокращения мощностей и снижения КПД изношенного оборудования, в то время как энергопотребление растет. Наличие энергодефицита в республике покрывается за счет перетока электроэнергии из соседних энергосистем (Челябинской ЭС, Оренбургской ЭС, ОЭС Средней Волги), что свидетельствует об энергозависимости региона и снижает привлекательность Башкортостана для инвесторов, планирующих строительство энергоемких производств. В то время как именнопромышленность (добыча полезных ископаемых, обрабатывающие производства) является основным потребителем электроэнергии в Республике Башкортостан.

Степень энергетической безопасности Республики на сегодняшний день также сильно ограничена, поскольку топливный баланс электростанций на 98% зависит от природного газа, поставляемого в основном из-за пределов рассматриваемого субъекта [2].

Согласно «Схеме и программе развития Единой энергетической системы России на 2014-2020 годы», утвержденной приказом Минэнерго России от 01.08.2014 № 495, спрос на электрическую энергию по ЭС РБ будет продолжать расти: по базовому варианту средний годвой прирост спроса за 2014-2020 гг. составит 1,02%, а по умеренно-оптимистическому – 1,48%. При этом самостоятельно удовлетворить свои потребности в электроэнергии ЭС Республики Башкортостан не сможет (рис. 1).

Умеренно-оптимистический вариант развития

Базовый вариант развития

Рис. 1. Динамика производства и потребления электроэнергии на территории РБ в период 2005-2020 гг.

Частично изменить сложившееся положение дел в энергосистеме республики представляется возможным с помощью строительства и ввода в эксплуатацию электростанций, функционирующих на базе возобновляемых источников энергии.

К ВИЭ, которые определяются специалистами как наиболее перспективные на территории РБ, относятся: энергия малых рек и водохранилищ, ветра, солнца и биогаз.На сегодняшний день на территории Республики Башкортостан уже функционируют следующие объекты электрогенерации, относящиеся к ВИЭ: «Нугушская» ГЭС (11,25 МВт), восемь микроГЭС (1,795 МВт), ВЭС «Тюпкильды» (2,2 МВт). Но это лишь ничтожная часть имеющихся в республике возможностей использования возобновляемой энергетики.

Потенциальные энергетические ресурсы рек Башкортостана оцениваются в объеме 7–11 млрд. кВт*ч. [3]. На данный момент в РБ проводятся следующие мероприятия по развитию гидроэнергетического комплекса [4]:совместно с РусГидро ведется работа по проекту строительства Нижне-Суянской ГЭС; с марта 2015 г. министерство промышленности и инновационной политики республики начало реализацию проектов строительства новых объектов, в результате совместно с инжиниринговой компанией «Норд Гидро» рассматривается 36 наиболее перспективных гидротехнических сооружений для малых ГЭС.

Из расчетов специалистов, приведенных в «Схеме и программе развития электроэнергетики Республики Башкортостан на 2012-2017 гг.», следует, что на территории республики в приземном слое высотой 50 м технически возможно строительство более 500 ВЭС суммарной мощностью 3400 МВт при выработке электроэнергии 6 миллиардов кВт энергии в год.

Согласно расчетам ФГБУ РЭА Минэнерго РФ потенциал различных видов биосырья в РБ составляет: лесная биомасса – 5 млн. т.у.т; отходы деревопереработки – 158 тыс. т.у.т./год; отходы АПК и ЖКХ общие – 3898,3 тыс. т.у.т. /год; торф (промышленный фонд) – 25,48 млн. т.у.т. Однако, не смотря на большое количество имеющихся в Республике биоресурсов, их использование до 2020 г. не рассматривается, также как и строительство новых объектов ветроэлекрогенерации.

Наиболее перспективным направлением использования ВИЭ в Башкортостане является солнечная энергетика. Южные районы Республики позволяют добиться высоких показателей удельной выработки электроэнергии СЭС на уровне 1250 кВт*ч с каждого кВт установленной мощности в год, что сопоставимо с показателями Центральной и Южной Европы, где солнечная энергетика уже получила широкое распространение. В ближайшие 5 лет в Республике Башкортостан планируется ввести в строй семь солнечных электростанций суммарной мощностью 59 МВт.

Очевидно, что полностью отказаться от традиционных источников в пользу возобновляемых на сегодняшний день невозможно, поэтому возникает проблема определения оптимального соотношения использования возобновляемых и традиционных источников энергии. Для решения поставленной задачи в работе [5]предложена модель, отражающей соотношение ВИЭ и ТИЭ в энергетической системе региона:

(1)

где x и y– производство электроэнергии на основе использования ВИЭ и ТИЭ, соответственно.Коэффициенты a и c представляют собой два интегральных параметра, аккумулирующих различные технологические, экономические, политические и др. факторы, влияющие на состояние энергосистемы. Коэффициент рождаемости a включает в себя возможности развития и роста (инвестиции, государственные льготы для производителей и т.д.), а коэффициент смертности c – ограничения (ресурсы, технологические возможности и т.д.). Слагаемые, пропорциональные произведению , отражают приращения производства электроэнергии от взаимодействия двух видов источников.Учитывая, что производство электроэнергии на основе ТИЭ является менее затратным, можно предполагать, что потребитель, имея возможность выбора, предпочтет электроэнергию на основе ТИЭ, что отрицательно скажется на приращении переменной x, и напротив, положительно – на приращении переменной y. При этом все объемы потребления, которые «потеряют» производители электроэнергии на базе ВИЭ, очевидно, должны быть обеспечены электроэнергией на базе ТИЭ. Это позволяет принять параметр равным 1.Целью решения является нахождение аттракторов – устойчивых положений равновесия, к которым стремятся фазовые траектории системы, попав в их область притяжения. На основании системы (1) могут быть определены две точки равновесия: первая – ; вторая – .

Непосредственные расчеты, проведенные по статистическим данным России и РБ [6, 7], показали, что модель (1) позволяет:определять текущее состояние энергетической системы; прогнозировать поведение энергосистемы с учетом различных начальных условий;определить наиболее эффективные варианты использования традиционных и альтернативных источников энергии.

Полученные результаты продемонстрировали, что «биологический» недостатоксистемы Лотки-Вольтерра (заключающийся в том, что в модели не учитываются такие принципиальные свойства взаимодействия популяций, как эффект насыщения, ограниченность ресурсов и т.д.) справедлив и в случае применения модели к исследованию энергетической системы. Поскольку при прогнозировании поведения энергосистемы не берутся во внимание ограниченные мощности, объемы возможных инвестиций и т.д., с увеличением доли «возобновляемой» электроэнергии в общем объеме производства наблюдается не только полное решение проблемы энергодефицита, но и значительный рост профицита производства электроэнергии.

Тем не менее, несмотря на указанный недочет,можно утверждать, что увеличениедоли электроэнергии на базе ВИЭ даже в 10 раз в общем объеме электрогенерации Республики Башкортостан способно перевести энергосистему в качественно новое положение. При этом происходит уменьшение минимального значения выработки электроэнергии на базе ТИЭ, что в свою очередь определяет уменьшение степени зависимости Республики от традиционных источников.

Как следует из «Схеме и программе развития Единой энергетической системы России на 2014-2020 годы» к 2020 г. доля электроэнергии на базе ВИЭ в Республике Башкортостан не превысит 0,95% по умеренно-оптимистическому и 1,25% по базовому вариантам развития. Проведенные исследования показали, что такие значения долей производства электроэнергии на базе возобновляемых источников являются недостаточными для серьезных изменений в энергосистеме региона, решения проблемы ограниченной энергонезависимости, а также повышения степени энергобезопасности республики.

Данное исследование выполнено в рамках госзадания ИСЭИ УНЦ РАН по теме № 0253-2014-0001 «Стратегическое управление ключевыми потенциалами развития разноуровневых социально-экономических систем с позиций обеспечения национальной безопасности» (№ гос. Регистрации 01201456661).

Литература:

1. Самые энергодефицитные регионы России – 2012 // ООО «Рейтинговое агентство «РИА Рейтинг». URL:http://riarating.ru/regions_rankings/20130306/610544354.html (дата обращения: 09.09.2015).
2. Схема и программа развития электроэнергетики Республики Башкортостан на 2012-2017 гг. // Официальный сайт Министерства промышленности РБ. URL:http://www.minpromrb.ru/Electric_Power/scheme_and_program/ (дата обращения: 09.09.2015)
3. Абдрахманов Р.Ф., Лемешев А.И., Абдрахманов Р.Р.Гидроэнергетика малых рек Башкортостана // Вестник АН РБ. – 2003. – Т. 8, № 3. – С. 65-71.
4. Ахияров И. Позеленеет ли энергетика? // Республиканская общественно-политическая газета Республика Башкортостан. URL:http://resbash.ru/stat/2/6681 (дата обращения: 26.09.2015).
5. Гайнанов Д.А., Кантор О.Г., Каширина Е.С. Синергетическое моделирование параметров энергетической системы Российской Федерации // Экономика региона. – 2015. – № 4. – С. 357-369.
6. Гайнанов Д.А., Кантор О.Г., Каширина Е.С. Применение синергетического подхода к моделированию энергетической системы России // Международна научна школа Парадигма. Лято – 2015. Сборник научни стати в 8 тома. Т. 3: Теоретична и приложна икономика. – Варна: ЦНИИ Парадигма, 2015. – С. 116-121.
7. Гайнанов Д.А., Кантор О.Г., Каширина Е.С. Моделирование соотношения использования традиционных и возобновляемых источников энергии в энергетической системе Республики Башкортостан // Управление экономикой: методы, модели, технологии: материалы XV Международной научной конференции. В 2 т. Т. 2. – Уфа: Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т, 2015. – С. 137-140.