Распределённая энергетика

В настоящее время промышленно развитые страны производят основную часть электроэнергии централизованно, на больших электростанциях, таких как тепловые электростанции, атомные электростанции, гидроэлектростанции. Мощные электростанции благодаря «эффекту масштаба» имеют превосходные экономические показатели и обычно передают электроэнергию на большие расстояния. Место строительства большинства из них обусловлено множеством экономических, экологических, географических и геологических факторов, а также требованиями безопасности и охраны окружающей среды. Например, угольные станции строятся вдали от городов для предотвращения сильного загрязнения воздуха, влияющего на жителей. Некоторые из них строятся вблизи угольных месторождений для минимизации стоимости транспортировки угля. Гидроэлектростанции должны находиться в местах с достаточным энергосодержанием (значительный перепад уровней на расход воды).

Ветрогенератор, Испания

Низкое загрязнение окружающей среды — критическое преимущество комбинированных энергостанций, работающих на природном газе. Это позволяет им находиться достаточно близко к городу для централизованного теплоснабжения.

Поэтому в традиционной энергетике по функциональному назначению и территориальному расположению можно четко выделить три сегмента:

1. Центры производства электроэнергии
2. Линии электропередачи большой мощности
3. Зоны потребления электроэнергии и местные распределительные сети

Атомные и тепловые электростанции, кроме электрической энергии, производят значительное количество тепла. В отличие от электроэнергии, тепловую энергию невозможно передавать на большие расстояния из-за резкого возрастания потерь с ростом расстояния. Одновременно, из-за указанных выше факторов, многие энергостанции слишком далеко расположены, чтобы использовать их побочное тепло для обогрева общественных и жилых зданий. В результате неиспользованная на самой станции тепловая энергия рассеивается в окружающей среде (теряется без полезного применения).

Данная концепция подразумевает строительство дополнительных источников электроэнергии в непосредственной близости от потребителей. Мощность таких источников выбирается, исходя из ожидаемой мощности потребителя с учётом имеющихся ограничений (технологических, правовых, экологических и т. д.) и может варьироваться в широких пределах (от двух-трех до сотен киловатт). При этом потребитель не отключается от общей сети электроснабжения.

Можно выделить следующие технологии распределённой малой энергетики:

• Газопоршневые электростанции
• Газотурбинные электростанции
• Микротурбинные электростанции
• Тепловые насосы
• Паровые котлы
• Возобновляемая энергетика (солнечные батареи, ветровые генераторы)
• Топливные элементы
• Когенерационные установки (КГУ).

При этом в системе «потребитель — местный источник энергии» регулярно возникают дисбалансы между производством и потреблением энергии или между потребностью в её видах, например:

• Мощность солнечных батарей и ветрогенераторов изменяется в зависимости от погодных условий, а потребление электроэнергии от погоды может не зависеть или изменяться в противоположную сторону.
• В зимнее время потребление тепловой энергии остается постоянно высоким, а потребление электроэнергии изменяется по времени суток.

Наличие подключения к общей электрической сети позволяет компенсировать недостаток электроэнергии за счет её потребления от общей сети, а в случае избыточного производства электроэнергии собственным источником — выдавать её в сеть, с получением соответствующего дохода.

Такой подход позволяет:

• снизить потери электроэнергии при транспортировке из-за максимального приближения электрогенераторов к потребителям электричества, вплоть до расположения их в одном здании,
• уменьшить число, протяжённость и необходимую пропускную способность магистральных линий электропередачи,
• смягчить последствия аварий на центральных электростанциях и главных линиях электропередачи за счет наличия собственных источников энергии,
• обеспечить взаимное многократное резервирование электрогенерирующих мощностей (частично),
• снизить воздействие на окружающую среду за счет применения средств альтернативной энергетики, более полного использования потенциальной энергии ископаемого топлива,
• принимать участие в управлении спросом на электроэнергию.

Начиная с 2009 года произошел ряд серьезных изменений в эффективности малых (до 25 МВт) генерирующих мощностей. Согласно исследованию Института Энергетики Высшей Школы Экономики КПД энергоблоков ГПА мощность порядка 10 МВт стал сопоставим с КПД ПГУ[1]. При этом стоимость строительства распределенной генерации ниже стоимости строительства ПГУ в 2 и более раз.

Полный отказ от мощных центральных электростанций и окончательная децентрализация электрогенерации в настоящее время невозможна как по экономическим соображениям, так и в связи со сложностью управления множеством объектов и их технического обслуживания, необходимостью постоянного поддержания баланса генерации и потребления, необходимостью наличия резервных мощностей.

• Энергетика
• Электроэнергетика
• Альтернативная энергетика
• Распределённая экономика
• Система чистого измерения

• Материалы Комиссии по энергоэффективности при Президенте РФ (недоступная ссылка)
• Технологическая платформа «Малая распределенная энергетика»
• California Distributed Energy Resource Guide
• Проект «Малая энергетика» Института систем энергетики им. Л. А. Мелентьева СО РАН
• IEEE P1547 Draft Standard for Interconnecting Distributed Resources with Electric Power Systems
• Система автономного энергоснабжения от возобновляемых источников энергии (Проект российских ученых и предпринимателей)
• World Alliance for Decentralized Energy
• МинЭнерго «Энергосбережение и Энергоэффективность»
• Электричество от Солнца и нагретой им Земли
• журнал «Новости электротехники» — статья о «Малой энергетике»
• «Малая энергетика» — развитие «Малой энергетики» в России
• United States Combined Heat and Power Association
• Швейцария и солнечная энергетика
• Котлер В. Р. Мини-ТЭЦ: зарубежный опыт // журнал «Теплоэнергетика». — М.: МАИК «Наука/Интерпериодика», 2006. — № 8. — С. 69—71. — ISSN 0040-3636. Котлер В. Р. — к. т. н., Всероссийский теплотехнический институт