Современное состояние и перспективы развития топливно-энергетического комплекса



В статье приведены перспективы развития топливно-энергетического комплекса мира и Узбекистана на инновационной основе. В том числе рассмотрены перспективы применения в республике парогазовых установок, возобновляемых источников энергии, пути повышения энергоэффективности и другие.

The article presents the perspectives of development of the fuel - energy complex world and Uzbekistan on the basis of innovation. Including the prospects for the use of combined-cycle plants in the country, renewable energy, energy efficiency and ways of others.

Стратегической целью любого государства является создание устойчивой национальной инновационной системы в сфере энергетики для обеспечения топливно-энергетического комплекса высокоэффективными технологиями и оборудованием, научно-техническими и инновационными решениями в объемах, необходимых для поддержания энергетической безопасности страны [1-4]. Рассмотрим состояние данного вопроса в разрезе мира и Узбекистана.

I. Инновации в мировой энергетике [1-4, 11,12]. В настоящее время в мировой энергетической сфере образовался круг первоочередных проблем, связанных с сокращением запасов ископаемого углеводородного топлива, значительными изменениями цен на энергоресурсы, а также с сохранением экологической безопасности планеты в условиях растущего уровня энергопотребления.

В мировой энергетике для решения этих вопросов были созданы научные основы, разработаны инновационные технологии и опытно-промышленные образцы оборудования и материалов, включая [1-4]:

- новые эффективные методы разведки полезных ископаемых, включая разведку месторождений;

- технологии производства синтетического жидкого топлива из природного газа, угля и биомассы;

- перспективные технологии и новые виды электротехнического оборудования для передачи, распределения и потребления электрической энергии;

- установки энергетического и транспортного назначения, работающие на альтернативном топливе;

- модельный ряд когенерационных установок (мини-теплоэлектроцентрали) модульного типа;

- энергосберегающие и экологически безопасные осветительные приборы нового поколения на светодиодах и безртутных газоразрядных лампах;

- технологические основы оперативной диагностики электротехнического оборудования;

- технологические основы элементов системы теплоснабжения нового поколения, обеспечивающие существенное снижение энергетических потерь;

- технологические решения по улавливанию и захоронению углекислого газа с использованием современных технологий сжигания топлива;

- опытно-промышленное производство энергетических установок на топливных элементах (твердополимерных и твердооксидных) для автономной, резервной, аварийной энергетики и транспортных средств;

- научные основы и технологии масштабного освоения неисчерпаемых запасов возобновляемой энергии (ВИЭ).

Была обеспечена положительная динамика изменений в сферах научно-технологической кооперации науки и энергетического бизнеса, восстановления центров подготовки кадрового потенциала для обеспечения научно-технических потребностей энергетического сектора.

Для достижения стратегической цели инновационной и научно-технической политики в энергетике необходимо решение следующих задач [3-9]:

- воссоздание и развитие научно-технического потенциала, включая прикладные исследования и разработки, модернизацию экспериментальной базы и системы научно-технической информации;

- создание благоприятных условий для развития инновационной деятельности, направленной на коренное обновление производственно-технологической базы топливно-энергетического комплекса, ресурсосбережение, повышение экономичности, надежности, безопасности и экологичности энергетических установок и систем, ускоренное развитие использования возобновляемых источников энергии и улучшение потребительских свойств продукции топливно-энергетического комплекса;

- создание системы государственной поддержки и стимулирования деятельности энергетических компаний по разработке и реализации инвестиционных проектов, обеспечивающих инновационное развитие отраслей топливно-энергетического комплекса, а также подобных проектов, реализуемых за рубежом;

- совершенствование применительно к энергетике всех стадий инновационного процесса, повышение востребованности и эффективности использования результатов научной, проектно-конструкторской, изобретательско-рационализаторской деятельности;

- защита прав на результаты научно-технической деятельности;

- использование потенциала международного сотрудничества для применения лучших мировых достижений и вывода разработок на более высокий уровень;

- сохранение и развитие кадрового потенциала и научной базы, интеграция науки, образования и инновационной деятельности.

Инновационная направленность развития топливно-энергетического комплекса также предполагает формирование условий для развития непрерывного процесса поиска и практической реализации новых научно-технических, технологических и организационно-экономических решений в рамках общегосударственного регулирования и четкой системы взаимодействия всех участников инновационного процесса.

В сложившейся ситуации в качестве альтернативы для дальнейшего устойчивого развития выступает возобновляемая энергетика, основанная на применении неисчерпаемых источников энергии, то есть переход от использования углеводородного сырья к использованию неограниченных запасов возобновляемых источников энергии расценивается как оптимальный вариант более экономичного и экологичного решения вышеуказанных проблем энергетики всего мира [7-9]. Использование ВИЭ не противоречит альтернативности, а значит, является инновацией энергетического сектора и ведет к формированию инновационной структуры мировой энергетики.

Как показывает анализ [3,4], вся базовая энергетика служит для развития электроэнергетики. Техно­логии генерации электроэнергии можно разде­лить на две группы - технологии, достигшие зрелости и технологии, находящие в стадии фор­мирования - для них ожидается быстрый прогресс тех­нико-экономических показателей внедренных иннова­ционных технологических решений.

К технологиям, достигшим зрелости, относятся технологии газовой, ветровой, био- и гидроэнергети­ки, а также тепловых реакторов в атомной энергетике.

В результате инновационного подхода в решении энергетических проблем, получены следующие перспективные прогнозные показатели.

В газовой электроэнергетике к 2030 г. капиталь­ные затраты на строительство парогазовых установок с конденсационным циклом снизятся в сопоставимых ценах относительно современного уровня от 690 до 610 долл., к 2050 г. - до 550 долл. за 1 кВт. КПД может возрасти с 57% до 64%.

К 2030 г. капитальные затраты на строительство ветроэнергетических устано­вок могут быть снижены с со­временного уровня 1500 до 1200 долл., к 2050 г. - до 1000 долл. за 1 кВт. Технологический прогресс свя­зан с увеличением диаметра лопастей, повышением эффективности преобразования энергии, системами управления.

К 2050 г. капитальные затраты на строительство конденсационных электростанций на биомассе составят около 2400 долл. Производство биогаза требует дополнительных капиталовложений, но позволяет использовать «неудобные» виды сырья и отработанные технологии газовой энергетики.

Все большую роль в современной системе энер­госнабжения играют микроГЭС мощностью меньше 1 МВт. Приливные и геотермальные электростанции, по-видимому, будут играть существенную роль только в локальных энергосистемах.

В атомной энергетике в настоящее время доми­нируют (90% мощности) реакторы на тепловых ней­тронах 2-го поколения, разработанные в 1970-1980 гг. В перспективе ожидается постепенный переход ми­ровой атомной энергетики на реакторы 3-го, а затем и 4-го поколения. Первые реакторы 3-го поколения уже строятся (американо-японские реакторы АР-1000 - в Китае, европейские PWR - в Финляндии). Реакторы 4-го поколения могут быть разработаны до 2020 г., а с 2030 г. начнется их активное строительство.

К технологиям, находящимся в стадии формирования, относят­ся реакторы на быстрых нейтронах, новые технологии угольной электроэнергетики, приливные и другие но­вые гидроэнергетические установки, а также солнеч­ная фотовольтаика.

В угольной электроэнергетике ожидается вне­дрение целого комплекса новых технологий. К 2030 г. КПД энергоблоков на каменном угле может возрасти с 45 до 53%. Перспективы технологического разви­тия угольной отрасли связаны с несколькими направ­лениями:

- с энергоблоками со сверхкритическими и суперсверхкритическими параметрами пара;

- с новыми способами сжигания угля (в кипящем слое, в угольной пыли, с внутрицикловой газификацией);

- с технологиями газификации угля;

- улавливанием и захоронением углерода.

Новые спо­собы сжигания угля (в циркулирующем кипящем слое, в угольной пыли, с внутрицикловой газификацией) в настоящее время находятся в стадии опытно-промыш­ленной эксплуатации. После 2020 г. основной техно­логией может стать интегрированный цикл ком­плексной газификации угля (IGSS). Технологии улавливания и захоронения углерода (CCS) ориентированы только на снижение выбросов С0 . В настоящее время действует несколько демонстрационных проектов CCS. Промыш­ленные технологии с CCS появятся только после 2020 г. и коммерчески привлекательными они могут стать по­сле 2030 г.

Развитие солнечной фотовольтаики (прямого пре­образования солнечной энергии в электроэнергию) в перспективе будет весьма быстрым. К 2030 г. ка­питальные затраты на их строительство могут быть снижены с современного уровня 3700 до 1800 долл., к 2050 г. - до 1000 долл. за 1 кВт. Максимальный КПД солнечных батарей в 2008 г. достиг 47% при средних значениях в используемых установках в 10-15%. Среди наиболее перспективных технологических вариантов рассма­триваются тонкопленочная технология, мультиузловая технология, полупроводниковые красители.

Для ВИЭ по сравнению с другими типами ге­нерирующих мощностей характерны весьма низкие значения коэффициента использования установленной мощности (КИУМ) - (10-20%), по сравнению с атомными энергоблоками - (70-95%) и тепловой энергетикой (60- 80%). В 2010-2050 гг. КИУМ ВИЭ будет возрастать в результате оптимизации как работы отдельных уста­новок, так и энергосистемы в целом. Ключевой про­блемой является нестабильность выработки ветровой и солнечной энергетики и несовпадения пиков генера­ции с пиками нагрузки. Эта проблема может быть ре­шена развитием систем накопления энергии [4]. Кроме того, она естественным образом будет смягчаться по мере роста масштабов возобновляемой энергетики и ее географического распространения.

Помимо уже известных способов электрогенерации, инновационный подход потребует разработки и освоения прямых способов получения электроэнер­гии из окружающей среды на основе использования накапливающихся зарядов ионосферы, энергии вра­щения земли и других пока малоизвестных технологий трансформации космопланетарной энергии [4].

II. Инновации в энергетике Узбекистана [1, 13-16,18]. Энергетическая стратегия Узбекистана ставит задачу обеспечения энергетической независимости и безопасности, повышения энергетической эффективности, и снижения воздействия энергетики на окружающую среду. Для решения этих задач требуется разработка и внедрение новых, инновационных технологий, основанных на научных достижениях, обеспечивающих более безопасную, экологически чистую энергетику.

Основными потребителями энергоресурсов, в том числе электроэнергии, как в настоящее время, так и на перспективу будут являться промышленность, сельское хозяйство и жилищно-коммунальный сектор. Электро- и теплоэнергетика имеют высокую инвестиционную инерционность и большую капиталоёмкость. Чтобы топливно-энергетические факторы не стали серьёзным ограничителем роста экономики страны необходимо увязать возможное развитие страны (спроса на энергоресурсов), с возможным развитием отрасли электроэнергетика.

Реформирование экономики и перестройка финансовой системы в Республике Узбекистан существенно затронули и электроэнергетику. В порядке реализации Указа Первого Президента Республики Узбекистан И. Каримова "Об углублении экономических реформ в энергетике Республики Узбекистан" (2001г.), осуществляется реформирование энергетики, совершенствование структуры управления многофункциональной отрасли.

Поэтапная реструктуризация отрасли, акционирование энергетических предприятий создадут, благоприятную почву для развития конкурентной среды в сфере энергетики и будут способствовать полному удовлетворению потребности всех отраслей экономики и населения в качественной электрической и тепловой энергии.

В Узбекистане разработаны основные направления по модернизации, техническому перевооружению и дальнейшему развитию электроэнергетики на период до 2030 года. Их реализация позволит обеспечить:

- создание дополнительной генерирующей мощности в размере 3602,9 МВт, в том числе на ТЭС – 2418 МВт, ГЭС – 1074,15 МВт, ветро-солнечные электростанций – 110,75 МВт;

- увеличение доли угля в топливно-энергетическом балансе с 4% до 16 % (с 2,6 млн. т. – в 2009 г. до 9,4 млн. т. – в 2020 г.);

- повышение эффективности энергопроизводства, снижение удельных расходов топлива на отпуск электроэнергии в 2014 г.на 52,66 г/кВтч (с 383,58 г/кВтч - в 2009 г. до 330,92 г/кВтч - в 2014 г.), в 2020 г. на 59,12 г/кВтч (до 324,46 г/кВтч). На количестве топлива за счет снижения удельных расходов возможно дополнительно выработать с 2014 г. 6290 млн.кВтч электроэнергии ежегодно (или 718 МВт мощности), а с 2020 г. – 7476 млн.кВтч (853 МВт);

- развитие электрических сетей 110-500 кВ в объеме 2057 км ЛЭП и 2879 МВА трансформаторных мощностей на подстанциях, обеспечивающих сокращение потерь электроэнергии 437 млн.кВтч;

- создание дополнительных рабочих мест;

- повышение устойчивости функционирования энергосистемы, удовлетворение в полном объеме потребности в электроэнергии отраслей экономики и населения, увеличение экспортного потенциала электроэнергии, обеспечение энергетической безопасности страны.

Следовательно, Узбекистан располагает богатыми ресурсами первичных энергоносителей, что позволяет обеспечить нынешние и будущие поколения необходимой энергией. Для этого необходимо в долгосрочном плане на инновационной основе оптимизировать структуру топливно - энергетического комплекса, внедрить перспективное энергетическое оборудование и технологии, реализовать потенциал энергосбережения на основе комплексного подхода к данной важнейшей проблеме. В Узбекистане имеются все необходимое для обеспечения энергетической безопасности и устойчивости ее развития и соответственно экономики государства.

Таким образом в долгосрочной перспективе ми­ровая и Узбекская энергетика претер­пят радикальные изменения. Во-первых, изме­нится структура генерирующих мощностей за счет быстрого роста доли газотурбинных технологий и возобновляемой энергетики. Во-вторых, радикально изменятся принципы организации электроэнергетических систем за счет создания их нового поколения. Динамика развития энергетики будет соответствовать как новым технологиче­ским трендам, так и задачам надежного энерго­обеспечения государства.

Литература:

1. Аллаев К.Р., Басидов И.С., Садуллаев Э.Ф. Электроэнергетика Узбекистана за годы независимости и перспективы ее развития. Т. Ищонч, 2016, 255 с.
2. Энергетическая стратегия России на период до 2030 г., ГУ ИЭС, ОАЦ «Энергия», 2010.
3. WorldEnergyOutlook 2010. IEA, 2010.
4. Бушуев В.В., Троицкий А.А. «Энергетика 2050 г.», Мо­сква: ОАЦ «Энергия», 2007.
5. BP Statistical Review of World Energy 2010. BP Statistical Review of World Energy. - London: British Petroleum, 2009.
6. Energy Technology Perspectives. IEA2006, 2008, 2010.
7. Global Trends in Sustainable Energy Investment 2009. Bloomberg New Energy Finance, 2010.
8. Key World Energy Statistics. IEA, 2009.
9. Renewables Global Status Report 2009. RNE21, 2010.
10. Role and Potential of Renewable Energy and Energy Ef­ficiency for Global Energy Supply. Stuttgart, Berlin, Utrecht, Wup- pertal, 2009.
11. World Nuclear Association Market Report 2009. WNA, 2010.
12. http://ecorussia.info/ru/ecopedia/6-energy-efficiency-ways.
13. Экономическое обозрение, Т., 2001, №2.
14. Сайдахмедов Х. Комплексное использование минерально-сырьевых и вторичных ресурсов. //Экономический вестник Узбекистана, №1-2, 2001.
15. Национальная холдинговая компания «Узбекнефтегаз». Т. 2004, 96 с.,2005, 64 с.
16. Электроэнергетика Узбекистана. ГАК «Узбекэнерго». Т. 2002, 56 с.
17. Законодательные основы рационального использования энергии и реформирования электроэнергетики. Материалы международной конференции, организованной Комитетом по вопросам промышленности, строительства и торговли Законодательной палаты Олий Мажлиса Республики Узбекистан совместно с проектом «Дальнейшее углубление демократических реформ в Узбекистане», в рамках программы ЕвропЭйд Комиссии Европейского Союза. Ташкент, 2006, 80 с.
18. Тешабаев Б.М. Повышение энергоэффективности электроэнергетики Республики Узбекистан. Т. Дисс. …канд. тех. наук, 2009, 174 с.