Электроснабжение административного здания

Электроснабжение административного здания

Электроснабжение административного здания

1. Возобновляемые источники энергии в энергетике Республики Казахстан

.1 Перспективы использования возобновляемых источников энергии в Казахстане

Казахстан имеет огромный потенциал возобновляемых источников энергии, в частности, гидроэнергетики, ветровой и солнечной энергетики. Но, к сожалению, он еще не освоен. В настоящее время, возобновляемые источники энергии представляют лишь около 1% в энергетическом балансе Казахстана.

Правительство Республики Казахстан намеревается значительно увеличить долю электроэнергии, вырабатываемой посредством возобновляемых источников энергии. В соответствии с Национальной программой по форсированному индустриально-инновационному развитию Республики Казахстан на период с 2010 по 2014 год, доля потребления электроэнергии, производимой от возобновляемых источников энергии должна превысить 1% к 2015 году. И в соответствии с национальными программами для перехода к устойчивому развитию, предусмотрено увеличение доли возобновляемых источников энергии в энергетическом балансе Казахстана до 5 процентов к 2024 году.

Закон о возобновляемых источниках энергии был подписан Президентом Республики Казахстан Нурсултаном Назарбаевым 4 июля 2009 года.

Казахстан взял на себя обязательства до 2020 сократить свои выбросы на 15% по отношению к уровню 1992 года. Эту цель будет трудно достичь только за счет снижения энергоемкости экономики. Таким образом, роль возобновляемых источников энергии в сокращение выбросов парниковых газов будет иметь существенное значение для Казахстана.

Рисунок 1.1 - Вовлечение в энергобаланс возобновляемых источников энергии

Главными мотивирующими факторами для развития направления нетрадиционной энергетики в нашей стране должны стать:

-       Ограничение импорта электроэнергии, в особенности в южные регионы;

-       Осуществления качественного электроснабжения отдаленных районов республики;

-       Защита экосистемы за счет сокращения зависимости выработки электроэнергии от угля (на сегодняшний день эта зависимость существенна - 85%);

-       Ограничение потерь в линиях электропередач и улучшения стабильности и надежности посредством установки рассредоточенных электростанций, использующих возобновляемые ресурсы (на сегодняшний день при передаче и распределении теряется 21,5% электроэнергии).

1.2 Проблемы, связанные с использованием возобновляемых источников энергии

Использование возобновляемой энергии характеризуется следующими особенностями:

.        Имеется высокий потенциал неисчерпаемой энергии, готовые технологии и оборудование, применяя которые возможно обеспечить значительное снижение выбросов парниковых газов. Однако новые энергетические технологии нуждаются в государственной поддержке и эффективно развиваются только тогда, когда она действительно имеет место.

.        Некоторые технологии по показателям стоимости еще недостаточно развиты или не являются социально приемлемыми для сельского населения. Проблема в том, чтобы иметь возможность исследовать и развивать технологии, в частности, решать вопросы их практического применения в соответствующих регионах.

.        Некоторые технологии нуждаются в том, чтобы они были изложены в стратегиях и планах таким образом, чтобы финансовые ресурсы, предполагаемые для их освоения, были доступны для проектирования, производства и внедрения установок. Проблема - в недостатке планирования, составления проектов и программ.

.        Некоторые технологии не реализуются только из-за недостатка данных, которые необходимы для определения их перспективности. Проблема в том, что необходимо проводить соответствующие обзоры (исследования), сбор и анализ информации.

.        Некоторые технологии распространяются до того, как они пройдут точную оценку, сертификацию, доказывающие их целесообразность. Это может привести к различного рода отклонениям в их использовании со стороны конечного пользователя. В таком случае проблема состоит в недостаточной оценке технологий и мониторинге их распространения.

.        В некоторых случаях, даже если готовые технологии признаются приемлемыми, необходимо иметь структуры для их размещения, обслуживания, устранения неисправностей и поломок.

1.3 Законодательная база в области использования возобновляемых источников энергии

Законодательная база республики Казахстан в области электроэнергетики и в частности в использовании возобновляемых источников энергии включает в себя следующие документы:

.        Закон Республики Казахстан «Об электроэнергетике» от 9 июля 2004 года №588-II, с изменениями и дополнениями от 29.12.2008 г.;

.        Закон Республики Казахстан «Об энергосбережении» от 25 декабря 1997 года №210 - I, с изменениями и дополнениями по состоянию на 10.01.2006 г.;

.        Закон Республики Казахстан «О поддержке использования возобновляемых источников энергии» от 4 июля 2009 №165 - IV.;

.        Постановление Правительства Республики Казахстан от 25 декабря 2009 года №2190 «Об утверждении правил, сроков согласования и утверждения технико-экономического обоснования и проектов строительства объектов по использованию возобновляемых источников энергии»;

.        Постановление Правительства Республики Казахстан от 5 октября 2009 года №1529 «Об утверждении правил осуществления мониторинга за использованием возобновляемых источников энергии»;

.        Правила покупки электрической энергии у квалифицированных энергопроизводящих организаций от 29 сентября 2009 года №264;

.        Правила определения ближайшей точки подключения к электрическим и тепловым сетям и подключения объектов по использованию возобновляемых источников энергии от 1 ноября 2009 года №270.

Правительство республики Казахстан обязуется всячески оказывать поддержку объектов, использующих возобновляемые источники энергии, что подтверждается рядом статей из закона о поддержке использования возобновляемых источников энергии.

Государственное регулирование в области поддержки использования возобновляемых источников энергии осуществляется по следующим основным направлениям:

) создание благоприятных условий для строительства и эксплуатации объектов по использованию возобновляемых источников энергии;

) стимулирование производства электрической энергии с использованием возобновляемых источников энергии;

) предоставление инвестиционных преференций для строительства и эксплуатации объектов по использованию возобновляемых источников энергии;

) создание благоприятных условий для эффективной интеграции объектов по использованию возобновляемых источников энергии в единую электроэнергетическую систему и рынок электрической энергии Республики Казахстан;

) содействие выполнению международных обязательств Республики Казахстан по снижению выбросов парниковых газов.

.4 Поддержка при проектировании и строительстве объектов по использованию возобновляемых источников энергии

. Местные исполнительные органы областей (города республиканского значения, столицы) при разработке планов, экономических и социальных программ развития области (города республиканского значения, столицы) учитывают программы развития и использования возобновляемых источников энергии.

. Местные исполнительные органы областей (города республиканского значения, столицы) резервируют и предоставляют земельные участки, в том числе в водоохранных зонах и полосах, в соответствии с земельным законодательством Республики Казахстан под строительство объектов по использованию возобновляемых источников энергии в соответствии с планом (программой) размещения объектов по использованию возобновляемых источников энергии.

. Лица, осуществляющие проектирование и строительство объектов по использованию возобновляемых источников энергии, имеют право на получение инвестиционных преференций, в соответствии с законодательством Республики Казахстан об инвестициях.

.5 Поддержка при продаже электрической энергии, произведенной с использованием возобновляемых источников энергии

. Региональные электросетевые компании, к электрическим сетям которых непосредственно подключены объекты по использованию возобновляемых источников энергии, обязаны покупать в полном объеме электрическую энергию, производимую соответствующими квалифицированными энергопроизводящими организациями, на компенсацию нормативных потерь электрической энергии в своих сетях в объеме не более пятидесяти процентов размера этих потерь.

В случае превышения объема производства электрической энергии квалифицированными энергопроизводящими организациями пятидесяти процентов размера нормативных потерь соответствующей региональной электросетевой компании, оставшийся объем этой электрической энергии покупается системным оператором на компенсацию нормативных потерь электрической энергии в национальной электрической сети.

. Квалифицированная энергопроизводящая организация самостоятельно устанавливает отпускную цену на электрическую энергию в размере, не превышающем уровня, установленного в технико-экономическом обосновании проекта строительства объекта по использованию возобновляемых источников энергии.

. Квалифицированные энергопроизводящие организации при поставке электрической энергии освобождаются от уплаты тарифов на услуги энергопередающих организаций.

. Затраты на передачу электрической энергии, произведенной квалифицированной энергопроизводящей организацией, включаются в тариф на услуги по передаче электрической энергии этих региональных электросетевых компаний и системного оператора в порядке, установленном законодательством Республики Казахстан о естественных монополиях.

.6 Поддержка при подключении объектов по использованию возобновляемых источников энергии к электрическим сетям энергопередающей организации и передаче электрической энергии

. Новые объекты по использованию возобновляемых источников энергии, подключаются к ближайшей точке электрических сетей энергопередающей организации, соответствующей по классу напряжения.

. Энергопередающая организация обеспечивает беспрепятственное и недискриминационное определение ближайшей точки электрических сетей, соответствующей по классу напряжения, и подключение объектов по использованию возобновляемых источников энергии.

. В случае ограничения пропускной способности электрических сетей энергопередающих организаций приоритет должен предоставляться передаче электрической энергии, произведенной квалифицированной энергопроизводящей организацией.

. При диспетчеризации электрической мощности приоритетно используются электрогенерирующие объекты по использованию возобновляемых источников энергии.

.7 Потенциал солнечной энергетики в Казахстане

Казахстан, являясь крупнейшей центрально-азиатской республикой, имеет большой потенциал солнечной энергетики. Несмотря на северную широту географического расположения Казахстана, ресурсы солнечной энергии в стране являются стабильными и приемлемыми благодаря благоприятным климатическим условиям. Количество солнечных часов в год составляет 2,200-3,000, а энергия солнечного излучения равняется 1,300-1,800 кВт·м²/год. Несмотря на очень выгодные условия, ресурс солнечной энергетики почти не используется. Потенциал солнечной энергетики в Казахстане оценен в 2,5 млрд. кВт·ч в год. Годовая суммарная дневная радиация при различных условиях составляет 3,8 - 5,2 кВт·ч/м². Это один из лучших мировых показателей. Следует также добавить, что республика обладает крупнейшими запасами кремниевого сырья (85 млн. тонн), являющегося основой для преобразования солнечной энергии в электроэнергию.

Солнечное излучение увеличивается от севера к югу. Северные районы Казахстана в меньшей степени подвергаются воздействию солнечного излучения. Поэтому перспективными для реализации проектов по солнечной энергетике являются южные регионы страны, особенно предгорные и горные районы, где количество пасмурных дней намного меньше, чем на равнинах. Технология использования солнечной энергии имеет несколько направлений, в том числе:

-       прямое преобразование энергии излучения в видимой части спектра в электрическую, осуществляемое фотопреобразователями;

-       получение низкопотенциальной энергии за счет преимущественного использования длинноволновой части спектра, применяемого для получения горячей воды;

-       получения концентрированной тепловой энергии для производства водяного пара высоких параметров с последующим использованием его в паротурбинном цикле.

Для производства фотопреобразователей Казахстан располагает большими запасами кремния и технологиями, перспективными для международного сотрудничества. В республике имеются оригинальные разработки гелиоколлекторов, но в промышленных масштабах они не производятся.

Рисунок 1.2 - Прямое солнечное излучение на поверхность, перпендикулярную к излучению (Источник: NASA)

Рисунок 1.3 - Солнечное излучение на горизонтальную поверхность (Источник: NASA)

Таблица 1.1 - Количество дней без солнца на разных широтах по сезонам

2. Сравнение различных типов возобновляемых источников энергии

Первым вестником энергетического кризиса был кризис 70-х годов. С этого момента интерес к возобновляемым источникам энергии значительно возрос. Истощение запасов природных невозобновляемых источников энергии (нефть, газ, уголь и уран) и экологическая опасность от эксплуатации атомных и теплоэлектростанций только способствовали этому. К возобновляемым источникам энергии, прежде всего, относятся: солнечная энергия, энергия ветра, гидроэнергия, энергия биомассы. Преобразование солнечной энергии в доступные для использования виды осуществляется двумя способами: фотоэлектрическим (прямое преобразование световой энергии в электрическую) и фототермическим (преобразование световой энергии в тепловую, а затем при необходимости, например, с помощью пара, в электрическую).

При использовании возобновляемых источников решается проблема ограниченности ресурсов энергии. В таблице 2.1 приведены значения потенциальной энергии таких источников (в триллионах тонн условного топлива в год). Ресурсы любого из этих источников энергии достаточны для удовлетворения потребностей человечества в настоящем и будущем. Их повсеместное использование позволит решать и проблемы экологии. Какой именно источник энергии найдет наибольшее применение, покажет будущее, но проанализировать предпосылки можно уже сегодня.

Таблица 2.1 - Потенциальная энергия возобновляемых и невозобновляемых источников энергии

Далее возобновляемые источники энергии будут сравнены по двум основным параметрам: занимаемая площадь и энергоотдача.

Занимаемая площадь

В таблице 2.2 приведены удельные мощности разных типов электростанций (с учетом площадей, занимаемых сооружениями и зданиями). При расчетах принималось, что все земли имеют одинаковую стоимость. Для тепловых и атомных станций учитывались территории, занятые под добычу угля и руды. Площади производств строительных и конструкционных материалов не учитывались - они приблизительно одинаковы для всех типов станций. Ожидается уменьшение удельной мощности атомных станций за счет увеличения территорий, занятых под захоронение отходов. Для солнечных станций (особенно фотоэлектрических) данный показатель должен увеличиваться за счет увеличения КПД преобразователей и большего использования возможности размещения их на крышах зданий.

Таблица 2.2 - Удельные мощности разных типов электростанций

Энергоотдача

Данный показатель определяется как отношение количества энергии, выработанной системой за срок службы, к количеству энергии, затраченной на производство материалов и оборудования (для этой системы). Энергоотдача - основной (с точки зрения будущего полного перехода на возобновляемые источники энергии) показатель, т. к. характеризует реальный прирост энергии к общему балансу (таблица 2.3).

Таблица 2.3 - Энергоотдача различных типов электростанций

Из таблицы 2.3 видно, что лучшую энергоотдачу имеют солнечные станции (в перспективе ожидается, что это значение будет увеличиваться). При использовании фотоэлектричества мы получаем возобновляемую энергию и расходуем минимальное количество невозобновляемых материалов (все материалы, кроме, например, древесины). Более того, запасы основного материала - кремния (для изготовления стекла и солнечных элементов) достаточно велики.

Преимущества использования солнечных панелей.

1.      Высокая надежность - Фотоэлементы разрабатывались для использования в космосе, где ремонт слишком дорог, либо вообще невозможен. До сих пор фотоэлементы являются источником питания практически для всех спутников на земной орбите, потому что они работают без поломок и почти не требуют технического обслуживания.

.        Эффективность - Солнечные панели эффективно используют прямое и рассеянное (диффузное) солнечное излучение.

.        Низкие текущие расходы - Фотоэлементы работают на бесплатном топливе - солнечной энергии. Благодаря отсутствию движущихся частей, они не требуют особого ухода. что упрощает обслуживание, снижает его стоимость и увеличивает срок службы (вероятно, он будет достигать 100 лет - проблема не в самих преобразователях, а в герметизирующих материалах) при незначительном снижении эксплуатационных характеристик. Рентабельные фотоэлектрические системы являются идеальным источником электроэнергии для станций связи в горах, навигационных бакенов в море и других потребителей, расположенных вдали от линий электропередач.

.        Экологичность - Поскольку при использовании фотоэлектрических систем не сжигается топливо и не имеется движущихся частей, они являются бесшумными и чистыми.

.        Модульность - Фотоэлектрическую систему можно довести до любого размера. Владелец такой системы может увеличить либо уменьшить ее, если изменится его потребность в электроэнергии. По мере возрастания энергопотребления и финансовых возможностей, есть возможность каждые несколько лет добавлять модули.

.        Низкие затраты на строительство -