Генерация электроэнергии в сеть

Гидроэнергетика [ править | править код ]

Гидроэнергетика – отрасль производства электроэнергии от возобновляемого источника, использующая для производства электроэнергии кинетическую энергию водного потока. Предприятиями по производству энергии в этой области являются гидроэлектростанции (ГЭС), которые строят на реках.

При строительстве гидроэлектростанции с помощью плотин на реках искусственно создается перепад уровней водной поверхности (верхний и нижний бьеф). Вода под действием силы тяжести переливается из верхнего бьефа в нижний специальными водоводам, в которых расположены водные турбины, лопасти которых раскручиваются водяным потоком. Турбина вращает соосный ротор электрогенератора.

Особой разновидностью ГЭС является гидроаккумулирующие электрические станции (ГАЭС). Их нельзя считать генерирующими мощностями в чистом виде, так как они потребляют практически столько же электроэнергии, сколько вырабатывают, однако такие станции очень эффективно справляются с разгрузкой сети в пиковые часы.

Тепловая электроэнергетика [ править | править код ]

Предприятиями тепловой электроэнергетики является тепловые электростанции (ТЭС), на которых в электрическую энергию превращается тепловая энергия сгорания органического топлива. Тепловые электростанции бывают двух основных видов:

Конденсационные (КЭС, для которых в прошлом использовалась аббревиатура ГРЭС – государственная районная электростанция). Конденсационной называют тепловую электростанцию, которая предназначена исключительно для производства электрической энергии. На КЭС тепло, которое было получено при сжигании топлива, нагревает воду в парогенераторах, и образовавшийся перегретый водяной пар подается в паровую турбину, на одной оси с которой находится электрический генератор. В турбине внутренняя энергия пара превращается в механическую энергию, которая в электрическом генераторе создает электрический ток, подаваемый в электрическую сеть. Отработанный пар отводится в конденсатор. Оттуда сконденсировавшаяся вода перекачивается насосами обратно в парогенератор.

Теплофикационные (теплоэлектроцентрали, ТЭЦ ). Теплофикационной называется тепловая электростанция, в которой часть тепловой энергии направляется на выработку электрической энергии, а часть поступает для обогрева окрестных жилых районов. Комбинированная выработка тепла и электрической энергии на ТЭЦ значительно повышает эффективность использования топлива по сравнению с раздельной выработкой электроэнергии на конденсационных электростанциях, а тепла для обогрева – в домашних котельных установках

Технологические схемы КЭС и ТЭЦ похожи. Принципиальное отличие ТЭЦ от КЭС состоит в том, что часть образовавшегося в котле пара идет на нужды теплоснабжения.

Ядерная энергетика [ править | править код ]

В ядерной энергетике для производства энергии и тепла используется ядерная энергия. Предприятиями ядерной энергетики являются атомные электростанции (АЭС). Принцип выработки электроэнергии на АЭС то же, что и на ТЭС. Только в данном случае тепловая энергия выделяется не при сжигании органического топлива, а в результате ядерной реакции в ядерном реакторе. Дальнейшая схема производства электроэнергии ничем принципиально не отличается от ТЭС: парогенератор получает тепло от реактора и вырабатывает пар, тот поступает в паровую турбину и т. д. Из-за некоторых конструктивных особенностей АЭС их рентабельно использовать только для производства электричества, хотя отдельные эксперименты в области атомной теплофикации проводились.

Альтернативная электроэнергетика [ править | править код ]

К альтернативной электроэнергетике относятся способы генерирования электроэнергии, которые имеют ряд преимуществ по сравнению с «традиционными» (упомянутыми выше), но по разным причинам не получили широкого распространения. Основными видами альтернативной энергетики являются:

Ветроэнергетика – использование кинетической энергии ветра для получения электроэнергии. Интересно, что согласно закону Беца КПД ветряной турбины не может быть больше, чем 59,3 %

Солнечная энергетика (гелиоэнергетика) – получение электрической энергии из энергии солнечных лучей посредством фотоэлектрического эффекта. Солнечные батареи преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество. Несмотря на то, что солнечный свет бесплатен и имеется в изобилии, крупномасштабное производство электроэнергии на солнечных электростанциях, обходится дороже, чем производство электроэнергии с помощью электрических генераторов. Это связано с высокой стоимостью солнечных батарей, которая однако постоянно снижается. В настоящее время коммерчески доступны батареи с КПД преобразования почти 30%. В экспериментальных системах была продемонстрирована эффективность более 40% [2] . До недавнего времени фотоэлектрические устройства чаще всего использовались на космических орбитальных станциях, в малонаселенных местах, где нет доступа к коммерческой электросети, или в качестве дополнительного источника электроэнергии для отдельных домов и предприятий. Последние достижения в области эффективности производства и фотоэлектрических технологий в сочетании с субсидиями, обусловленными экологическими проблемами, значительно ускорили развертывание солнечных панелей. Установленная мощность растет на 40% в год благодаря росту производства электроэнергии в Марокко [3] , Германии, Китае, Японии и США. Общими недостатками ветро- и гелиоэнергетики является необходимость создния аккумулирующих мощностей для функционирования в ночное (для гелиоэнергетики) или безветренное (для ветроэнергетики) время.

Геотермальная энергетика – промышленное получение энергии, в частности электроэнергии, из горячих источников, термальных подземных вод. По сути геотермальные станции являются обычными ТЭС, на которых источником тепла для нагрева пара вместо котла или ядерного реактора используются подземные источники тепла из недр Земли. Недостатком таких станций является географическая ограниченность их применения: геотермальные станции рентабельно строить только в регионах тектонической активности, то есть, там, где эти природные источники тепла являются самыми доступными.

Водородная энергетика – использование водорода в качестве энергетического топлива имеет большие перспективы: водород имеет очень высокий КПД сгорания, его ресурс практически не ограничен, сжигание водорода является абсолютно экологически чистым (продуктом сгорания в атмосфере кислорода является дистиллированная вода). Однако в полной мере удовлетворить потребности человечества водородная энергетика пока не может из-за дороговизны производства чистого водорода и технических проблем его транспортировки в больших количествах.

Стоит также отметить такие альтернативные виды гидроэнергетики: приливную и волновую энергетику. В этих случаях для производства электрической энергии используется естественная кинетическая энергия морских приливов и ветровых волн соответственно. Распространению этих видов электроэнергетики мешает необходимость совпадения очень многих факторов при проектировании электростанции: необходимо такое побережья, на котором приливы (и волнение моря соответственно) были бы достаточно сильными и устойчивыми.

Электрохимия [ править | править код ]

Электрохимическая выработка энергии происходит в процессе прямого преобразования энергии химических связей в электричество, как, например, в батарее . Электрохимическое производство электроэнергии важно в портативных и мобильных приложениях. В настоящее время большая часть электрохимической энергии поступает от батарей [4] . Первичные элементы, такие как обычные цинк-углеродные батареи, действуют непосредственно в качестве источников энергии, в то время, как вторичные элементы (аккумуляторные батареи) используются хранения электроэнергии, а не для её выработки. Открытые электрохимические системы, известные как топливные элементы, могут использоваться для извлечения энергии из природного или синтетического топлива.

В местах, где много соленной и пресной воды возможно создание осмотических электростанций.

Экономика производства электроэнергии [ править | править код ]

Строительство объектов электроэнергетики очень затратно, срок их окупаемости велик. Экономическая эффективность того или иного способа производства электроэнергии зависит от многих параметров, в первую очередь, от спроса на электроэнергию и от региона. В зависимости от соотношения этих параметров варьируются и отпускные цены не электроэнергию, например, цена электроэнергии в Венесуэле составляет 3 цента за кВтч, а в Дании – 40 центов за кВтч.

Выбор типа электростанции также основывается в первую очередь на учете местных потребностей в электроэнергии и колебаниях спроса. Кроме того, все электрические сети имеют различные нагрузки, но электростанции, которые подключены к сети и работают непрерывно должны обеспечить базовую нагрузку – дневной минимум потребления. Базовую нагрузку могут обеспечить только крупные тепловые и атомные электростанции, мощность которых можно в определенных пределах регулировать. В гидроэлектростанциях возможность регулирования мощности значительно меньше.

Тепловые электростанции предпочтительно строить в районах с высокой плотностью промышленных потребителей. Отрицательное влияние загрязнения местности отходами может быть сведено к минимуму, поскольку электростанции обычно располагаются вдали от жилых районов. Существенным для теплоэлектростанции является вид сжигаемого топлива. Обычно самым дешевым топливом для тепловых электростанций является уголь. Но если цена природного газа опускается ниже определенного предела, его использование для выработки электроэнергии становится более предпочтительным чем выработка электроэнергии путем сжигания угля [6] .

Главным достоинством атомныъ электростанций является большая мощность каждого энергетического блока при относительно небольших размерах и высокая экологичность при чётком соблюдении всех правил работы. Однако потенциальные опасности от сбоя атомных станций очень велики.

Гидроэлектростанции строятся, как правило, в отдаленных районах и являются чрезвычайно экологичными, но их мощность сильно меняется в зависимости от времени года, и они не могут регулировать выдаваемую в электрическую сеть мощность в широких пределах.

Стоимость выработки электроэнергии из возобновляемых источников (за исключением гидроэнергии) в последнее время значительно упала. Стоимость электроэнергии, добываемой из солнечной энергии, энергии ветра, энергии приливов во многих случаях уже сопоставима со стоимостью электроэнергии, добываемой на тепловых электростанциях. С учётом государственных субсидий строительство электростанций работающих с возобновляемыми источниками экономически целесообразно. Однако главный недостаток подобных электростанций – непостоянный характер их работы и невозможность регулировать их мощность.

В 2018 году производство электроэнергии на ветровых электростанциях, расположенных в море, стало дешевле производства электроэнергии на атомных электростанциях [7] .

Экологические проблемы [ править | править код ]

Различия между странами, производящими электроэнергию, влияют на озабоченность состоянием окружающей среды. Во Франции только 10% электроэнергии вырабатывается из ископаемого топлива, в США этот показатель доходит до 70%, а в Китае – до 80% [8] . Экологичность производства электричества зависит от типа электростанции. Большинство ученых сходятся во мнении, что выбросы загрязняющих веществ и парниковых газов от производства электроэнергии на основе ископаемого топлива составляют значительную часть мировых выбросов парниковых газов; в Соединенных Штатах на выработку электроэнергии приходится почти 40% выбросов, самый большой из всех источников. Транспортные выбросы сильно отстают, обеспечивая около трети производства диоксида углерода в США [9] . В Соединенных Штатах сжигание ископаемого топлива для выработки электроэнергии является причиной 65% всех выбросов диоксида серы, основного компонента кислотных дождей [10] . Производство электроэнергии является четвертым по величине комбинированным источником NOx, окиси углерода и твердых частиц в США [11] . В июле 2011 года парламент Великобритании констатировал, что при выработке одного киловатт-часа «выбросы (двуокиси углерода) в ядерной энергетике примерно в три раза ниже, чем на солнечных электростанция, в четыре раза ниже, чем при сжигании обогащенного угля, и в 36 раз ниже, чем при сжигании обычного угля» [12] .

Строительство собственной электростанции распространённое решение по снижению затрат. Предприятие, построившее собственные генерирующие мощности, снижает цену покупки тепловой и электрической энергии.

С какими проблемами сталкиваются предприятия с собственной генерацией?

Сложно точно спрогнозировать объем потребления электроэнергии:

• Если вырабатываем мало электроэнергии, то недостающий объем приходится докупать на розничном рынке электроэнергии,
• Если вырабатываем много электроэнергии – лишняя энергия бесплатно уходит в сеть. По сути, мы дарим электроэнергию сетевой компании.

При нелинейном графике потребления предприятия приходиться менять объем производства электроэнергии:

• Если собственная генерация работает в неоптимальном режиме – уменьшается КПД работы и растет себестоимость производства 1 кВт*ч электроэнергии. Это увеличивает срок окупаемости инвестиций в строительство собственной генерации.

Решение данных проблем – продажа лишней электроэнергии. Это позволит:

• Работать генерации в оптимальном режиме 24 часа в сутки, с минимальной себестоимостью выработки электроэнергии;
• Получить дополнительный источник дохода для предприятия. Энергосбытовая компания платит живые деньги;
• Как следствие, максимизировать экономический эффект от строительства собственной генерации.

Что нужно чтобы продавать электроэнергию на розничном рынке?

Технологическое присоединение к сетям сетевой организации

Необходимо заключить и выполнить технические условия сетевой организации на технологическое присоединение генерации. Получить акты о технологическом присоединении и акт разграничения балансовой принадлежности электрических сетей.

Этапы процесса технологического присоединения генерации:

1. Разработать схему выдачи мощности на основании, согласованного с Сетевой компанией технического задания. Схема выдачи мощности содержит расчеты режимов работы близлежащих электросетевых объектов на разных уровнях напряжения;
2. Заключить договор на технологическое присоединение и получить технические условия на присоединение генерации к сетям Сетевой компании, подготовленные на основании схемы выдачи мощности;
3. Выполнить технические условия;
4. Установить двунаправленный прибор учета электрической энергии, фиксирующий объемы выдачи электроэнергии в сеть;
5. Заключить договор купли-продажи электроэнергии с энергосбытовой компанией или потребителем.

Кому можно продать электроэнергию?

На рынке работают 2 типа энергосбытовых компаний: гарантирующие поставщики и независимые энергосбытовые компании

Гарантирующий поставщик

• Покупает электроэнергию на оптовом рынке;
• Объем покупки розничной генерации несоизмеримо мал по сравнению с покупкой на оптовом рынке;
• По закону не обязан покупать розничную генерацию;
• Имеет право купить розничную генерацию не дороже цены электроэнергии, складывающейся на оптовом рынке электроэнергии;

Независимая энергосбытовая компания

• На розничном рынке может покупать электроэнергию только у гарантирующего поставщика или у розничной генерации;
• Покупает розничную генерацию в собственных экономических интересах;
• Продает купленную электроэнергию в зоне действия гарантирующего поставщика, где находится генерация.

Потребитель электроэнергии

Помимо этого, собственник генерации может самостоятельно продать излишки электроэнергии напрямую конечному потребителю. Для этого нужно:

• Найти покупателя электроэнергии;
• Заключить с ним договор купли-продажи;
• Заключить договор на оказание услуг по передаче электроэнергии с сетевой компанией;
• Покупателю необходимо внести изменения в договор энергоснабжения с гарантирующим поставщиком.

За сколько можно продать электроэнергию на розничном рынке?

Составляющие конечной цены на электроэнергию

Электроэнергия, которую вы покупаете на розничном рынке состоит из 4 составляющих:

• Цена на электроэнергию – цена покупки электроэнергии на оптовом рынке;
• Цена на услуги по передаче – цена за передачу электроэнергии, устанавливается регулятором;
• Сбытовая надбавка гарантирующего поставщика – устанавливается регулятором как % от цены электроэнергии на оптовом рынке;
• Инфраструктурные платежи – платежи в пользу организаций, обеспечивающих работу оптового рынка: Администратор торговой системы, Системный оператор и Центр финансовых расчетов.

Покупатель электроэнергии розничного генератора должен оплатить услуги по передаче электроэнергии. Возможная цена продажи электроэнергии – это цена электроэнергии на оптовом рынке.

Электрическая энергия и электрическая мощность

Электроэнергия для потребителя состоит из двух составляющих – это электрическая энергия и электрическая мощность.

Цена на электрическую энергию разная в каждый час каждых суток месяца в каждом регионе. Она определяется на оптовом рынке в ходе торгов между оптовыми генераторами и покупателями (Гарантирующими поставщиками и крупными потребителями).

Цена ночью в среднем на 28% ниже цены днем.

Вторая составляющая электроэнергии – электрическая мощность. Стоимость мощности определяет «Системный оператор» (организация, отвечающая за системную надежность энергоснабжения по всей России). Генерирующие компании до начала расчётного года подают Системному оператору заявки на продажу мощности (объем и цена). Системный оператор исходя из потребности мощностью потребителями и предложениями генераторов определяет цену на мощность на следующий год. Начиная с 2016 года цена на мощность определяется на 3 года вперед.

Как оценить возможный экономический эффект от продажи электроэнергии на розничном рынке?

Чтобы оценить возможный экономический эффект вам нужно:

1. Построить почасовой график возможного производства электроэнергии генератором;
2. Вычесть из графика производства электроэнергии график потребления предприятием, таким образом вы получите график выдачи излишков электроэнергии в сеть;
3. Рассчитать цену продажи электроэнергии по договору купли-продажи электроэнергии по 3 ценовой категории
4. Вычесть из полученного результата вознаграждение гарантирующего поставщика согласно его сбытовой надбавке, определенной постановлением региональной энергетической комиссии.

Хотите доверить эту работу профессионалам? Мы к вашим услугам! Проконсультируем бесплатно.