614.
Кудрин Б.И. Геотермальная энергетика и государственный план рыночной
электрификации России // Пленарный доклад (Засед. III) на втором Междунар.
Геотермальн. науч.-техн. семинаре "МГС-2004". – М.: ГЕОТЕРМ, 2004. –
6 с.
Геотермальная энергетика и государственный
план
рыночной электрификации России
Б.И.Кудрин
Московский энергетический институт (технический
университет),
Москва, Россия
Наметившийся в последние годы поворот к
использованию геотермальных источников в России даёт основания надеяться на изменение
энергетической стратегии в части переориентирования со строительства только
крупных генерирующих источников электроэнергетики на массовое использование
вторичных и возобновляемых энергоресурсов. И здесь возникает вопрос о концепции
электрификации, в частности, тех районов, где геотермальная энергия имеет
перспективы использования сейчас или в ближайшем будущем. Это необходимо
потому, что электрификация России развивалась все годы советской власти (да и в
90-е годы) на основании концепции ГОЭЛРО, принятой в
Однако анализ сложившегося в стране подхода к
использованию геотермальной энергии говорит о подспудном ориентировании на
концепцию ГОЭЛРО, в частности, это относится к разработке Единого
государственного плана строительства геотермальных установок, концентрирующего
мощности и централизующего тепло- и электроснабжение. Нами показана
необходимость разработки Государственного плана рыночной электрификации России
[1], основные положения которого иные и они одобрены 27 января
Концепция плана рыночной электрификации
включает:
1. Инвестиционное рыночное строительство, эксплуатацию,
ликвидацию субъектов электроэнергетики и объектов электрики на основе единства
федеральных законов, ориентирующихся на приоритет потребителя и опирающихся на
ограничения закона информационного отбора;
2. Постиндустриализация, регулирующая появление
и функционирование гигантов электроэнергетики для мегаполисов и энергоёмких
производств, но опирающаяся на средние и малые электростанции, рассредоточенные
по России, с оценкой результатов конечного энергосбережения по вводу вторичных
и возобновляемых ресурсов;
3. Выстраивание ценологического соотношения
«крупное-мелкое» в производстве, трансформации, передаче, распределении и
услугах по использованию электроэнергии при уведомительном сооружении
генерирующих мощностей потребителя с мониторингом оценки результатов по
гиперболическому Н-распределению;
4. Восстановление фермерства (кулачества как
класса) и мелкого предпринимательства на отдалённых и необжитых территориях с
заменой принципа интенсификации сетевого строительства всех классов напряжений
на принцип децентрализованного электроснабжения (в особенности для отдалённых и
неэлектрифицированных территорий)
5. Введение экономической и иной
ответственности энергоснабжающих организаций и гарантирующих поставщиков
электрической энергии за качество электрообеспечения потребителей всех уровней
системы электроснабжения в нормальных ситуациях при ограничениях по вине
субъекта электроэнергетики и при решении вопросов энергообеспечения в
чрезвычайных ситуациях.
Опираясь на изложенные принципы и
руководствуясь математическим аппаратом бесконечно делимых гиперболических
Н-распределений [2,3], проанализируем сложившееся положение с геотермальной
энергетикой и пути её развития применительно к Российской Федерации. При этом
будем руководствоваться законом информационного отбора [2], налагающим на все
объекты, которые можно рассматривать как ценозы – некоторые сообщества
чего-либо. Например, если рассматривать страну в целом как ценоз, то отдельным
элементарным объектом (особью) будет турбогенератор (в Минэнерго СССР насчитывалось
1828 штук-особей турбин 298 видов-типоразмеров); если за ценоз принимать
предприятие, то сообщество образуют двигатели или трансформаторы (например, на
Западно-Сибирском металлургическом комбинате установлено 1005 штук-особей
трансформаторов 109 видов-типоразмеров; отремонтировано 6 тыс. штук-особей
электродвигателей 590 видов), другие электроприёмники и различное оборудование;
в городе или квартире – всё электрооборудование и электроустановки. Этот же
ценологический подход справедлив, если рассматривать общее электропотребление,
удельные расходы, величины электрической генерации (мощность и энергию),
результаты энергосбережения. Пример использования этой теории для страны в
целом см Рейтинг российских регионов (Электрика, 2001. № 6), для чёрной
металлургии см. Электрометаллургия. 2003.№ 10,11,12.
Существенно, что на такие сообщества
накладываются некоторые ценологические ограничения, заключающиеся в том, что
для них не действует вероятно-статистическая математика, опирающаяся на
центральную предельную теорему и закон больших чисел. Практически это означает,
что для многих реальных объектов нельзя применить понятие «среднее» (моменты
нормального распределения), а дисперсия в точке может быть сколь угодно большой
(теоретическая бесконечность дисперсии). Хинчиным, Колмогоровым, Гнеденко теоретически
доказаны параметры гиперболических Н-распределений, которые могут быть
интерпретированы следующим образом.
1. При рассмотрении объектов ценоза по
ключевому параметру (для электрооборудования, в частности, генераторов и
электродвигателей это номинальная мощность; для предприятия или региона в целом
– общее электропотребление) существует восходящее к Парето соотношение децилей
1:10. Если рассматривать Россию в целом и где-то решать вопрос о строительстве
генератора 1000000 кВт, то необходимо строить 10х100 тыс. кВт, 100х10 тыс. кВт,
…, 100 тыс. шт х10 кВт, 1000000 х 1 кВт (две последние градации в виде главным
образом ветряных и водяных мельниц, напомним, были уничтожены в 30-е годы при
раскулачивании, а 6000 средних электростанций глубинки закрыто во времена
Хрущёва).
2. Разнообразие установленного оборудования
для любого ценоза характеризуется гиперболическим Н-распределением таким, что
40-60 % общего количества единиц-особей относится к массовым саранчёвым видам,
составляя при этом 5-10 % от общего числа видов; 40-60 % общего числа видов
(объёма словаря) представлено единичными штуками-особями, составляющими 5-10 %
от общего числа штук-особей, образующих ценоз (это уникальная ноева каста, которая
образуется НИОКР, головными образцами и мелкосерийными партиями).
Руководствуясь положениями ГОРЭЛ и
математическими ограничениями закона информационного отбора, вернёмся к
рассмотрению геотермальной энергии, технический потенциал которой по России
составляет 2950 млн тут/год. Столь высокий потенциал позволяет утверждать, что
он выше углеводородного. При этом более 20 млн тут/год имеют районы: Северный
Кавказ; Западная Сибирь – Алтай – Кузбасс; Восток (включая Якутию, Чукотку, Камчатку,
Курилы, Хабаровск, Владивосток). Вместе с тем, рассматривая текущее и
перспективное производство электроэнергии на основе возобновляемых источников,
следует отметить, что геотермальная энергия к началу века от общего количества
вырабатываемой электроэнергии не превосходила 0,15 % и лишь к
Применительно к России распределение
термальных вод по суточному дебиту с температурой 40-200 оС и
минерализацией до 35 г/л составляет по европейской части России 1,2 млн м3,
по второму району – 10,8, и третьему – 7,2 млн м3/сут. Термальные
воды с температурой 50-200 оС и минерализацией до 10 г/л по каждому
из районов приблизительно вдвое меньше. Таким образом, свыше половины
территории России имеет приемлемый технический потенциал по геотермальной
энергии, а если присоединить районы с потенциалом 1-20 млн тут/год, то речь
может идти практически о всей России, исключая Москву и области, граничащие с
Белоруссией и Украиной. Это означает, что план ГОРЭЛ может быть существенно
дополнен в части решения проблем электрификации малообжитых территорий и
повышения надёжности электроснабжения (теплоснабжения) той части потребителей,
для которых централизованное энергообеспечение экономически неприемлемо.
Имеются расчёты по экономически целесообразным геотермальным ресурсам
территории России, оцениваемые для температур 70/20 оС в 44,6 Ттут,
в том числе Дальневосточному региону – 8,2 Ттут.
Что мы имеем сейчас в отношении оборудования? Основные отечественные производители
геотермального оборудования это ОАО «Геотерм», ориентированные на ГеоТЭС
мощностью от 4 до 25 МВт; Калужский турбинный завод, поставляющий ГеоТЭС
средней мощностью 6, 12, 20 и 23 МВт; АО «Наука», предлагающее модульные ГеоТЭС
малой и средней мощности от 0,5 до 20 МВт (российские компании в рамках
проектов государственной научно-технической программы «Экологически чистая
энергетика» разработали и организовали серийное производство ГеоЭс мощностью от
5 до 20 МВт). В Ставропольском крае «Нефтегазгеотерм» на базе Казьминского
месторождения геотермальных вод предполагает строительство энергетической
установки на 500 кВт. Итак, речь не идёт об установках, обеспечивающих
электрическую мощность на уровне 5-10 кВт. Но для средних и крупных источников
можно говорить о готовности российской промышленности к производству
оборудования и установок на уровне мировых стандартов.
Что построено и ожидается строительством?
Здесь, безусловно, впереди Камчатка, где десятилетиями (с 50-х годов) речь шла
о Паужетской геотермальной электростанции (промышленная выработка началась с
Налицо ориентирование геоэнергетики на
строительство гигантов (не сравнимых, впрочем, с гигантами «большой»
энергетики). С ценологической же точки зрения, представляет интерес
использование геотермальной энергии для отдельных хозяйств (домов), для
сельских (а в отдельных случаях – для муниципальных) школ, больниц, частных
магазинов и других объектов мощностью 0,1-0,4 МВт с использованием
геотермальных циркуляционных систем. Но и в этом случае на примере Ярославля
[4] сразу говорится о геотермальной станции применительно к пластовым водам с
температурой 35-60 оС для городского микрорайона на 8300 чел. с
прилегающим сельским посёлком мощностью 10,4 МВт. «Ярославгражданпроект» для
сельских школ определил мощность отопления 0,2-0,3 МВт.
Существует мнение, что использование
низкотемпературной геотермальной энергии малых глубин можно рассматривать как
революцию в системе теплообеспечения, основанную на неисчерпаемости ресурса,
повсеместности его распространения, близости к потребителю, возможной
локальности полного обеспечения теплотой и электроэнергией, на интеллектуальной
автоматизации и интернетизации, на безопасности и практической безлюдности
добычи геотермальной энергии, экономической конкурентоспособности, возможности
строительства маломощных установок и их экологической частоте. Специфика
(низкий температурный потенциал теплоносителя на выходе из установки, нетранспортабельность,
трудности складирования, рассредоточенность сооружений, а у нас и отсутствие
массового выпуска оборудования) не помешали США ежегодно вводить не менее 50-80
тыс. новых систем, планируя довести их ежегодное производство до 400 тыс.
Успешно внедряется в Швеции, Швейцарии, Канаде, Австрии, Германии
низкотемпературная геотермальная энергетика. В мире в
Нельзя не обратить внимание на необходимость
использования родниковых вод на месте затопленных после вывода из эксплуатации
угольных шахт. Это наблюдается, например, в Кузбассе, где выведено из
эксплуатации около 20 шахт и где затопление близлежащих посёлков и
невозможность обуздать выход вод на поверхность засыпкой грунта порождает
социальные и экологические проблемы. К этому же классу геотермальных вод
относят воды глубинного водопонижения на площадках крупных металлургических,
химических и других заводов; вод при открытой разработке рудных и нерудных
ископаемых (впрочем, для металлургии эта постановка – новая). Глубинное
водопонижение приобретает всё большее значение из-за подъёма уровня грунтовых
вод и объёмов откачиваемой воды с глубины до
Имеющиеся разработки утилизации
низкопотенциального тепла шахтных вод показывают, что можно покрыть потребности
горячего водоснабжения, полностью отключая в летнее время котельные (
Что касается экономической стороны
использования геотермальной энергии, то можно говорить о стоимости
электроэнергии для геотермальных электростанций на
Таким образом, теоретические разработки и
практическая база выпуска оборудования, строительства и эксплуатации
геотермальных установок дают возможности ввести этот вид получения тепла и
электричества в общий энергетический баланс по городу, региону, стране. Однако,
переходя к региону и отдельным территориям, необходимо так выстраивать
гиперболическое Н-распределение, чтобы выдерживалась ценологическая
гармоничность всего ряда генерирующих мощностей «крупное-среднее-мелкое» [2,7].
Проверка должна выделять аномальные области по следующим параметрам:
генерирующий ряд, протяжённость сетей по классам напряжения, генерирующий ряд
при аварийных и чрезвычайных ситуациях. Учитывая, что возобновляемые источники
по величине мощности и годовой (суточной) выработке тепла и электроэнергии
могут попадать в один кластер, разделение их следует производить, опираясь на
многомерный ценологический анализ с привлечением, естественно, экономических
критериев.
Осуществление Государственного плана рыночной
электрификации России невозможно без решения вопросов, касающихся
возобновляемой энергетики, и прежде всего с точки зрения обеспечения
безопасности страны. Без использования возобновляемых источников нельзя
удовлетворительно решить энергоснабжение районов Крайнего Севера и приравненных
к ним территорий; районов, не связанных сетями общего пользования; повысить до
цивилизованного уровня надёжность и качество электроснабжения регионов,
дефицитных по электрической энергии и органическим ресурсам; улучшить
экологическую обстановку по стране (в том числе обеспечить решение проблем,
связанных с Киотским протоколом, прежде всего в части эмиссии парниковых
газов), обеспечения аварийного энергоснабжения, специальных объектов, а также
объектов сферы образования, культуры, услуг.
С точки зрения потребителя, ориентирующегося
на собственные возобновляемые источники, необходимо законодательно решить ряд
проблем: 1) выдачу технических условий на технологическое присоединение к сетям
электроэнергетики; 2) заявительное, а не разрешительное присоединение на
параллельную работу мощностей до 10-100 кВт; 3) обязательный приём
энергосистемой излишков вырабатываемой электрической мощности и её оплаты.
Наконец, главное. Во всех странах мира
развитие возобновляемых источников осуществляется при поддержке государства.
Это объясняется стартовой величиной затрат на оборудование. Речь, таким
образом, идёт о лизинге, обеспечивающем получение электроэнергии (тепла) без
затраты органического топлива. Нельзя не иметь в виду, что эксплуатационные
затраты начинает нести собственник ГеоТЭС.
Развитие использования возобновляемых
источников невозможно без разработки и принятия Федерального закона «О
возобновляемых источниках энергии», включая подзаконные акты (в том числе и по
геотермальным источникам). Назрела необходимость и в определении федерального
органа исполнительной власти, отвечающего за развитие использования вторичных и
возобновляемых источников энергии в субъектах Российской Федерации.
Литература
1. Кудрин Б.И. О Государственном плане
рыночной электрификации России (ГОРЭЛ) и о концепции энергосбережения. М.:
Электрика, 2001. 20 с.
2. Кудрин Б.И. Техногенная самоорганизация.
Для технариев электрики и философов. Вып. 25. «Ценологические исследования».
М.: Центр системных исследований, 2004. 248 с.
3. Чайковский Ю.В. О природе случайности.
Монография. 2-е изд., испр. и доп. Вып. 27. «Ценологические исследования». М.:
Центр системных исследований – Институт истории естествознания и техники РАН,
2004. 280 с.
4. Калинин М.И., Хахаев Б.Н., Баранов А.В.
Геотермальное теплоснабжение центральных регионов России с использованием
мелких и глубоких скважин.//Электрика. 2004. №4. С.8-11.
5. Безруких П.П. Состояние и тенденции
развития нетрадиционных возобновляемых источников энергии//Электрика. 2003. №4.
С.3-13.
6. Состояние и перспективы возобновляемой
энергетики в России. Обзор. П.П.Безруких, И.М.Брызгунов,
В.В.Елистратов//Электрика. 2004. №5. С.16-25.
7. Электроэффективность: ежегодный рейтинг
российских регионов по электропотреблению за 1990-1999 гг.//Электрика. 2001.
№6. С.3-12.