БЭК «Эльтон» — перспективный источник электроэнергии Волгоградской области

Энергоэффективность Волгоградской области №4 от 26.07.2008

БЭК «Эльтон» — перспективный источник электроэнергии Волгоградской области

В.С Галущак, Ю.В. Лебедева (Камышинский технологический институт), А.Б. Голованчиков (ВолгГТУ)

Оценивая ретроспективу электроснабжения Волгоградской области надо признать существование ошибочной ориентации только на покупную электроэнергию. Попытка начать строительство Антиповской ГРЭС с новейшим технологическим циклом ПГУ бесславно закончилась. И это понятно, почему перспектива доведения цен на природный газ в нашей стране до мирового уровня приведет к значительному росту тарифа на электроэнергию, превышающему мировой уровень. Имея среднюю зарплату, в десятки раз меньше европейской, не говоря уже о пенсиях ниже прожиточного минимума, жители Волгоградской области платят за электроэнергию почти такую же цену, что и жители стран ЕС. Превышение мировых цен на электроэнергию первый сигнал о том, что и в дальнейшем следует ожидать торможения энергетиками развития бизнеса и ухудшения качества жизни жителей Волгоградской области.

По оценкам экспертов в ближайшие 30 лет произойдет значительный рост вовлечения возобновляемых источников энергии в электроэнергетику. Наша статья дает один из возможных ответов на вечный русский вопрос: «Что делать?». А делать, по нашему мнению, нужно вот что построить близ озера Эльтон крупный безтопливный энергетический комплекс БЭК «ЭЛЬТОН».

Рис. 1. Вариант выбора площади строительства БЭК «ЭЛЬТОН»

Первые опытные работы по сооружению бестопливных энергетических установок в поселке Эльтон Палласовского района Волгоградской области уже делаются [1]. В ВолгГТУ и его филиале Камышинском технологическом институте преподаватели и студенты в инициативном порядке прорабатывают материалы о сооружении энергетического комплекса БЭК «ЭЛЬТОН» с использованием нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Расчетное годовое производство электроэнергии рассматриваемым комплексом БЭК «ЭЛЬТОН» составляет 30 млрд. кВтчасов. Это полностью покрывает всю потребность Волгоградской области в электроэнергии в настоящее время и позволит развивать энергопотребление в перспективе.

Проекты альтернативных источников энергии в мировой практике уже осуществлялись (например, штат Калифорния, США).

В основу проекта заложен типовой модуль, мощностью 300 МВт, включающий в себя ветроэлектростанцию плюс солнечную электростанцию плюс сверхпроводящий накопитель энергии (ВЭС-СЭС-СПИН). Таких модулей на БЭК «ЭЛЬТОН» устанавливается 50 единиц.

Ветроэлектростанция (ВЭС)

Основной принцип компоновки модуля исходит из компоновки ветроэлектростанции (рис. 2). В основу положены ветротурбины «Радуга 1» разработки МКБ «Радуга» г. Дубна Московской области, как наиболее отработанные отечественные ветроагрегаты. Установленная мощность одной ветротурбины 1000 кВт, высота башни 36 м, диаметр ветроколеса 48 м. На один модуль устанавливается 100 ветротур-бин, ориентированных по розе ветров.

Теория и опыт строительства ВЭС показали, что ветротурбины должны быть расположены по 20 единиц в одном ряду с шагом между соседними машинами 60 м. При этом, для восстановления сработанного воздушного потока расстояние между рядами выбрано 250 м. Таким образом модуль ВЭС-100 имеет в плане размер 1200×1200 м и занимает площадь 144 га. На ветроагрегатах установлены генераторы номинальным напряжением 6,3 кВ, что позволяет собирать электроэнергию с каждого ряда ветротурбин (по 20 шт.), по шинам 6 кВ на рядный трансформатор — 6/110 кВ, мощностью 20 МВА каждый (5 трансформаторов на модуль).

Трансформаторы соединены на общую ЛЭП 110 и через согласующую подстанцию выдают мощность в накопитель энергии СПИН-1000. Такой модуль ВЭС, при коэффициенте использования мощности (КИМ), равном 60%, выдает210 млн. кВтчасов электроэнергии в год.

Солнечная электростанция (СЭС)

В промежутках между рядами ветроагрегатов размещается солнечная электростанция на гетероструктурных преобразователях излучения. Такие преобразователи изобретены в ИЯЭ г. Дубна и имеют КПД преобразования звездного излучения около 50% [2]. Напомним, что у ранее использовавшихся на СЭС фотопреобразователей из кристаллического кремния КПД составляет 4%, а из арсенида галлия -10%.

Солнечные панели закреплены на плоских неподвижных гелиостатах, имеющих расчетный наклон в южную сторону. Ориентация оптической системы на Солнце осуществляется голографическим концентратором, позволяющим «брать» солнечное излучение с любого угла при неподвижном положении гелиостата. Отсутствие механизмов ориентации гелиостатов на Солнце резко снижает стоимость солнечной панели (до $2,7 за Вт) и значительно упрощает эксплуатацию СЭС [3].

Рис. 2. Схема компоновки модуля ВЭС-СЭС-СПИН генерирующего бОО мпн. кВт/часов в год

Установленная мощность блока СЭС с учетом плотности застройки и потерь в согласующих устройствах составляет 200 МВт. Площадь оптической системы СЭС составляет 80 га и она размещена в разрывах между рядами ветротурбин. Вырабатываемая электроэнергия по шинопроводам постоянного тока через согласующую подстанцию выдается в СПИН-1000. Модуль СЭС при КИМ, равном 89% вырабатывает 390 млн. кВтчасов электроэнергии в год.

Общеизвестно, что солнечная и ветровая энергия приходят неравномерно в течение суток. Но опыт эксплуатации СЭС показал, что при наличии аккумулятора энергии СЭС нормально работает и в дождь и в ночное время суток, т.е. выполняет диспетчерский график нагрузок. При этом существует эмпирическое соотношение, что для соблюдения диспетчерского графика электроемкость аккумулятора в МВтчасах должна быть равна 3-4-х кратной установленной мощности генерирующего модуля СЭС-ВЭС [4]. В соответствии с этим ёмкость накопителя энергии для модуля в 300 МВт принята 1000 МВтчасов.

Сверхпроводящий индукционный накопитель энергии (СПИН)

СПИН представляет собой замкнутую индукционную катушку из сверхпроводящих кабелей протяженностью около 5 км на общую емкость 1000 МВтчасов электрической энергии. Создание подобных сверхпроводящих магнитных систем уже выполнялось российскими предприятиями даже большей протяженностью (27 км), в частности для ускорителя ЦЕРН в Швейцарии [8]. В свою очередь СПИН 1000 через согласующую подстанцию соединен с энергосетью линиями постоянного тока ППТ-750.