CC BY
21Статья поступила в редакцию 01.07.14. Ред. рег. № 2043
The article has entered in publishing office 01.07.14. Ed. reg. No. 2043
УДК 621.311.214.001.1
ГИДРОАККУМУЛИРУЮЩИЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ НА МОРСКОЙ ВОДЕ - ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНОВА КРУПНОМАСШТАБНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЕТРОВОЙ И СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ КРЫМА
П.Ф. Васько, М.Р. Ибрагимова, С.Т. Пазыч
Институт возобновляемой энергетики НАН Украины 02094 Украина, Киев, ул. Красногвардейская, д. 20А Тел./факс: +38 044 206-28-09, e-mail: [email protected]
Заключение совета рецензентов: 06.07.14 Заключение совета экспертов: 10.07.14 Принято к публикации: 15.07.14
Выполнен анализ потенциальной возможности интеграции 2500 МВт электрической мощности возобновляемых источников в энергосистему Крыма при инсталляции 1000 МВт гидроаккумулирующих электростанций на морской воде.
Ключевые слова: гидроаккумулирующие электростанции, ветроэлектрические станции, электроэнергетическая система, потенциал, емкость, морская вода.
SEAWATER PUMPED-STORAGE HYDROELECTRIC POWER STATIONS ARE
THE TECHNOLOGICAL BASIS OF LARGE-SCALE USE OF WIND AND SOLAR ENERGY IN CRIMEAN ELECTRIC POWER SYSTEM
P.F. Vasko, M.R. Ibragimova, S.T. Pazych
Institute of Renewable Energy, National Ukrainian Academy of Science 20A Krasnogvardejskaya str., Kiev-94, 02094, Ukraine Tel./fax: +38 044 206-28-09, e-mail: [email protected]
Referred: 06.07.14 Expertise: 10.07.14 Accepted: 15.07.14
Potential possibility to integrate 2500 MW of renewable energy electrical capacity into Crimean Electric Power System by installation 1000 MW of Seawater pumped-storage hydroelectric power stations have been analyzed.
Keywords: pumped-storage hydroelectric power stations, wind power stations, electric power system, potential, capacity, seawater.
Параметры и характеристики электроэнергетической системы Крыма
Крымская электроэнергетическая система (КЭС) получает энергию от Объединенной энергосистемы Украины (ОЭС). Связь КЭС-ОЭС осуществляется по трем линиям электропередач (ЛЭП) напряжением 330 кВ и одной ЛЭП напряжением 220 кВ. Схематическое представление межсистемных связей показано на рис. 1. Объем потребления электроэнергии за 2013 г. составил 6,8 млрд кВт-ч [1]. Собственная гарантированная генерация мощности КЭС составляет около 12% номинального значения, что обуславливает необходимость получения более 88% мощности от ОЭС по межсистемным связям. Пропускная способ-
ность межсистемных связей равна 1200 МВт. Максимальное потребление мощности КЭС наблюдалось в феврале 2012 г. и достигло уровня 1430 МВт. При этом переток мощности по связи ОЭС-КЭС составил 1290 МВт, что на 90 МВт превысило допустимую величину [2].
По данным института «Укрэнергосетьпроект» (г. Харьков), на теплоэлектростанциях Крыма необходимо введение новых генерирующих мощностей на 450 МВт, что позволит довести их суммарную установленную мощность до 600 МВт и предоставит возможность выведения в ремонт любой магистральной линии 330 кВ [3]. Это мероприятие способствует уменьшению энергетической зависимости КЭС от материковой части ОЭС.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 15 (155) 2014
© Scientific Technical Centre «TATA», 2014
Рис. 1. Схема магистральных электрических сетей Крымской электроэнергетической системы Fig. 1. Crimean electric power system scheme
Одним из вариантов решения вопроса энергетической автономии региона может стать широкомасштабное использование ветровой и солнечной энергии в электроэнергетической системе Крыма. Однако процесс производства электроэнергии ветровыми и солнечными электростанциями (ВЭС, СЭС) характеризуется стохастичностью и высокой степенью неопределенности выработки в конкретный момент времени, что требует наличия значительных объемов резервирования генерирующих мощностей и энергоносителя [4]. Но существует и другая возможность сглаживания пульсаций генерируемой мощности ВЭС и СЭС, которая заключается в использовании для этой цели гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС) [5].
Состояние и потенциал возобновляемой энергетики Крыма
По состоянию на конец 2013 г. [1, 6] структура генерирующих мощностей возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в составе ВЭС и СЭС, а также традиционных теплоэлектростанций (ТЭЦ) на территории Крымского полуострова приведена в табл. 1 и показана на рис. 2. Установленная мощность ВИЭ в два раза превышает суммарную мощность ТЭЦ, а объем производства электроэнергии составляет четвертую часть от общей выработки.
Согласно данным отчета Проекта планирования системы электропередачи в регионе Черного моря [7], в настоящий момент существует возможность введения 1300 МВт мощности ВИЭ в составе КЭС, однако последующее увеличение возможно при условии реорганизации электроэнергетической системы в целом, а именно строительства новых регулирующих объектов генерации и линий электропередач.
Таблица 1
Структура генерирующих мощностей КЭС (2013 г.)
Table 1
Generating capacities structure of Crimean electric power system (2013)
Генерация Мощность, МВт Производство эл. энергии, млн кВт-ч/год
Традиционный сектор 144,5 827,52
Симферопольская ТЭЦ 68
Севастопольская ТЭЦ 34,5
Камыш-Бурунская ТЭЦ 30
Сакские тепловые сети 12
СЭС 224,63 297,02
«Перово» 105,58
«Охотниково» 80
«Митяево» 31,55
Другие 7,5
ВЭС 62,72 46,11
Сакская 20,8
Тарханкутская 20,11
Донузлавская 11,6
Другие 10,21
Итого 431,85 1170,65
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 15 (155) 2014 © Научно-технический центр «TATA», 2014
b
Рис. 2. Структура генерирующих мощностей (а) и производства электроэнергии (b) КЭС Fig. 2. Crimean Electric Power System structure of generating capacities (a) and electricity production (b)
Потенциальные же возможности только ветроэнергетики оцениваются по результатам предпроект-ных исследований на уровне 2700 МВт, а мощности отдельных ВЭС достигают нескольких сотен МВт [813]. Однако максимальные объемы генерации электроэнергии станциями ВИЭ с непомерно высокими
установленными мощностями, а также приоритет использования данной электроэнергии вызывают значительные трудности в управлении энергосистемой [14]. Поэтому интеграция альтернативной и традиционной энергетики нуждается в системных решениях, одно из которых состоит в использовании аккумулирования энергии в промышленно значимых объемах.
Технологии аккумулирования энергии в больших объемах
Результаты исследований [15] свидетельствуют, что на данном этапе развития техники существуют всего две технологии аккумулирования, предоставляющие возможности для решения задачи интеграции возобновляемой и традиционной энергетики значительных мощностей. К ним относятся аккумулирование потенциальной энергии в виде сжатого воздуха (CAES - compressed air energy storage) и в виде запаса воды (ГАЭС - гидроаккумулирующие электростанции). Обе технологии характеризуются наименьшей удельной стоимостью, среднее значение которой для CAES составляет 0,1$/кВт-ч, а для ГАЭС - 0,13$/кВт-ч. В первом случае величина стоимости приведена при условии наличия природных резервуаров большой емкости для хранения воздуха (газа) под давлением, а в случае ГАЭС - с учетом строительства всего комплекса сооружений. Достигнутые диапазоны изменения стоимости разных технологий аккумулирования приведены на рис. 3 в соответствии с [15].
Рис. 3. Диапазон изменения стоимости производства электроэнергии для систем аккумулирования электрической энергии Fig. 3. Ranges of cost of output electricity for electrical energy storage systems
a
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 15 (155) 2014
© Scientific Technical Centre «TATA», 2014
Согласно данным Тихоокеанской Северо-западной национальной лаборатории США [16], в настоящее время эксплуатируются два мощных комплекса CAES. Наибольший из них имеет мощность 290 МВт (Huntorf, Германия) и функционирует в Германии с 1978 г. Второй комплекс мощностью 110 МВт работает в городе Mcintosh штата Алабама (США) с 1991 г. Обе станции используют в качестве резервуара для сжатого воздуха соляные шахты и пещеры.
Профессиональная специализация авторов данной публикации не предоставляет возможностей для выполнения корректного анализа применения CAES в Крыму. Поэтому в дальнейшем изложении материала будут рассмотрены только лишь вопросы реализации технологии ГАЭС с целью интеграции ВИЭ в электроэнергетическую систему Крыма.
Крупнейшие ГАЭС мира World's largest PSH
Таблица 2 Table 2
Наименование ГАЭС Страна Установленная мощность, МВт Год пуска
Bath County США 3003 1985
Kanagawa Япония 2820 2006
Guangzhou Китай 2448 2011
Guangdong Китай 2400 2000
Okutataragi Япония 1932 1974
Ludington США 1872 1973
Tianhuangping Китай 1836 200
Tianhuangping Китай 1836 2000
Grand Maison Dam Франция 1820 1985
Baishan Dam Китай 1800 1984
Dinorwig Великобритания 1728 1984
Raccoon Mountain США 1652 1978
Okukiyotsu Япония 1660 1997
Kazunogawa Япония 1600 2001
Mingtan Тайвань 1600 1994
ГАЭС являются балансирующим звеном между производством и потреблением электроэнергии и важной составляющей электроэнергетических систем в разных странах мира. Первая станция была построена в 1882 г. в Леттене (Швейцария). Технические параметры, характеристики, конструктивные особенности и режимы функционирования многих ГАЭС
обобщены и приведены в [17, 18]. Список и параметры самых мощных станций мира приведены в табл. 2. Самой высоконапорной станцией является ГАЭС Рей-зек в Австрии с перепадом уровней верхнего и нижнего резервуаров воды в 1700 метров. В Украине осуществлен пуск второго гидроагрегата Днестровской ГАЭС проектной мощностью 2268 МВт в режиме генерирования электроэнергии, эксплуатируются Киевская и Тащлыкская ГАЭС, начаты проектные работы по Каневской ГАЭС мощностью 1000 МВт.
Традиционной мотивацией для развития ГАЭС является необходимость в резервировании и аккумулировании энергии для устойчивого функционирования электроэнергетической системы. В последнее время в связи с развитием ВИЭ существует также необходимость аккумулирования непрогнозированного поступления от них энергии, которая дорого обходится энергокомпаниям, так как приходится отключать или вводить ограничения для своих тепловых электростанций. Так, Федеральной комиссией по регулированию энергетики США (РБЯС) выдано за последние годы предварительных разрешений на строительство 45 новых ГАЭС суммарной мощностью около 35 ГВт, а портфель предложений превышает 40 ГВт [19]. Создание объектов аккумулирования электроэнергии в больших объемах позволяет решить проблему маневренных мощностей, а также интеграции в общую электроэнергетическую систему генерирующих установок ВИЭ. Взаимодополнение случайного прерывистого производства электроэнергии станциями ВИЭ и возможности ГАЭС функционировать в режимах нагрузка-генерация позволяют получить требуемый график мощности энергосистемы при изменении потенциала энергии возобновляемых источников.
Сооружение традиционных ГАЭС большой мощности на пресной воде в Крыму невозможно из-за отсутствия последней в необходимых объемах. Но так как полуостров омывается двумя морями, то в наличии имеется много морской воды. Поэтому представляет интерес рассмотрение вопросов создания ГАЭС на морской воде.
Опыт проектирования и создания ГАЭС на морской воде
Первая опытная ГАЭС на морской воде была построена в 1999 г. в Японии на острове Окинава [20]. Станция расположена на удалении 600 м от моря и развивает мощность 30 МВт при напоре 150 м. Положительные результаты эксплуатации станции послужили обоснованием создания ГАЭС на морской воде для аккумулирования энергии ВЭС на Канарском острове Эль Йерро (Испания) [21-23]. ГАЭС развивает мощность 11,32 МВт, а ВЭС состоит из пяти агрегатов Бпегсоп Б70 мощностью в 2,3 МВт каждый. Верхний резервуар имеет максимальную вместимость 379634 м3 с 12-метровым максимальным уровнем воды в нем и с максимальной высотой 709,5 метра над уровнем моря (рис. 4).
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 15 (155) 2014 © Научно-технический центр «TATA», 2014
зервуар объемом 6 млн кубометров находится в гранитном пласте на глубине 500 м. Как сообщает источник [33], проект готов, большинство разрешений получено, оставшиеся вопросы будут решены в ближайшее время. ГАЭС будет выполнять роль аккумулятора атомных электростанций и ВЭС и традиционно будет покрывать пики нагрузок в энергосистеме страны. Стоимость проекта предварительно составляет 304 млн евро.
Рис. 4. Верхний резервуар ГАЭС Эль Йерро Fig. 4. The upper reservoir PSH in El Hierro
Остров Эль Йерро обеспечивает себя электроэнергией от возобновляемых источников. Еще на одном острове Канарского архипелага Гран-Канария рассматривается проект сооружения комплекса ГАЭС-ВЭС [24]. Поводом для обеспечения энергетической независимости Канарских островов послужила высокая цена привозного топлива. Аналогичный путь решения задачи энергообеспечения от ВИЭ реализуется и на островах Икария, Карпатос-Касос, Астипалея (Греция) [25-28], где ГАЭС используются в качестве накопителя и регулятора электроэнергии ВЭС в локальной энергосистеме.
Проект создания комплекса ВЭС-ГАЭС на морской воде обсуждается в правительстве Ирландии. Он имеет название «Spirit of Ireland» (Дух Ирландии) [29] и предполагает строительство больших мощностей ВЭС для накачки воды в верхний резервуар ГАЭС. Ирландия рассматривает около 60 мест для потенциального строительства ГАЭС в приморских районах, где в качестве верхнего накопительного резервуара предполагается использование некоторых прибрежных долин и природных образований наподобие фьордов западного побережья Ирландии с емкостью каждого в 100 ГВт-ч.
Власти Шотландии рассматривают проект о сооружении большой ГАЭС «Coire Glas» емкостью 30 ГВт-ч и мощностью 600 МВт [30], размещенной на скалистом высокогорье. Эта ГАЭС сможет работать непрерывно в режиме генерации электроэнергии около 50 часов подряд. Аналогичный проект создания ГАЭС с использованием ландшафта прибрежной зоны и морской воды рассматривается в Бангладеш недалеко от города Такнаф с целью покрытия пиковых нагрузок в своей энергосистеме [31]. С помощью дамбы будет перекрыто ущелье для образования верхнего бьефа, а море будет служить нижним бьефом (рис. 5). Расчетная емкость ГАЭС составит 548 МВт-ч при мощности в 137 МВт, что соответствует 4 часам работы в генераторном режиме.
В 2014 г. в 10-15 км от Таллинна (Эстония) планируют начать строительство подземной ГАЭС мощностью 500 МВт с продолжительностью роботы в генераторном режиме около 12 часов [32-33]. Верхним резервуаром является море, а нижний ре-
Рис. 5. Проект дамбы в Бангладеш Fig. 5. Dam project in Bangladesh
Рис. 6. Проект морской ГАЭС вблизи побережья Бельгии Fig. 6. Project of the coast of Belgium seawater PSH
Оригинальная концепция создания морской ГАЭС разрабатывается в Бельгии [34]. ГАЭС полностью находится в море на расстоянии 3 километров от берега города Вендаане. ГАЭС будет представлять остров в виде кольца, в середине которого будет выкопан резервуар глубиной в 30 м, диаметр острова составит 2,5 км, высота берега над уровнем моря составит 10 м (рис. 6). Таким образом, верхним резервуаром ГАЭС
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 15 (155) 2014
© Scientific Technical Centre «TATA», 2014
будет море, а нижним будет котлован глубиной в 30 м. Как утверждает источник, мощность ГАЭС будет равна 300 МВт. Непосредственно на самом острове будет построена ВЭС. Бельгия планирует реализовать свой проект ГАЭС к 2020 г. и уменьшить зависимость от атомной энергетики, заменив ее частично на возобновляемые источники энергии.
Потенциальные возможности создания ГАЭС в Крыму
Вначале выполним экспертную оценку требуемой мощности ГАЭС с учетом перспектив развития ВИЭ и возможностей электроэнергетической системы. Существующие линии связи ОЭС-КЭС с предельной пропускной способностью 1200 МВт проектировались и оснащались оборудованием для однонаправленной передачи электроэнергии с материковой части на полуостров. В случае обратного направления передачи электроэнергии от ВИЭ регулировочные свойства оборудования, средства защиты и автоматики не позволят пропустить более 600 МВт. Если уровень генерации ВИЭ не будет превышать 1300 МВт, как указано в [7], а традиционная генерация будет доведена до 600 МВт [3], то величина мощности ГАЭС должна составлять 600-700 МВт. При вводе в действие проектируемой линии 330 кВ (см. рис. 1) и сооружении ГАЭС суммарной мощностью 1000 МВт, уровень генерации ВИЭ в составе КЭС может быть доведен до величины 2000-2500 МВт. Данная оценка будет уточнена в результате проведения дальнейших специализированных исследований с учетом детальной конфигурации и параметров электроэнергетической системы Крыма, графиков потребления электроэнергии нагрузками и генерации ВИЭ.
Если предположить, что уровень инсталляции мощности ВЭС и ФЭС в 2500 МВт является вполне реалистичным, то представляет интерес объем производства электроэнергии данными источниками. Его можно оценить, приняв для климатических условий Крыма коэффициент использования установленной мощности станций равным 20%. Тогда с учетом потерь мощности на передачу электроэнергии и показателей технической надежности распределительных сетей годовое производство электроэнергии в КЭС от ВИЭ составит 3,4-3,6 млрд кВт-ч. Следовательно, сооружение в составе КЭС гидроаккумули-рующих электростанций общей мощностью 1000 МВт и 2500 МВт генерации ВИЭ предоставляет возможность для обеспечения 50% годового потребления электроэнергии полуостровом от возобновляемых источников.
Так как в Крыму существует возможность создания ГАЭС только на морской воде, то выбор мест их сооружения ограничен прибрежной зоной с существующей транспортной инфраструктурой и наличием линий электропередач 110 кВ и больше. Вначале сделаем оценку возможности создания ГАЭС с резервуаром, дно которого расположено ниже уровня
моря по аналогии с бельгийским проектом (рис. 6). Резервуар может быть сооружен как возле берега, так и на некотором удалении в море. Реализация такого проекта возможна на мелководной акватории, наличие которых характерно для северо-западного и северо-восточного побережья. К таким акваториям относится Каркинитский залив, вблизи которого проходит линия 110 кВ (см. рис. 1). Там же находятся перспективные площадки для сооружения крупных ВЭС, что позволит подключить ГАЭС мощностью до 150 МВт. Потенциальным местом для создания аналогичной станции мощностью до 250 МВт является Донузлавский залив, рядом с которым расположена подстанция 220 кВ. На северном побережье восточной части Керченского полуострова, омываемого мелководным Азовским морем, расположены две подстанции 220 кВ. Данная территория также характеризуются самыми благоприятными ветровыми условиями в Крыму для развития ветроэнергетики. Все эти условия предопределяют целесообразность выбора места в регионе для создания ГАЭС суммарной мощностью 250 МВт.
Реализация традиционной конструктивной схемы ГАЭС с верхним и нижним наземными резервуарами воды требует наличия перепада высот между ними, поэтому она может быть осуществлена на южном побережье полуострова, где расположен горный массив. Пригодными местами для сооружения верхних резервуаров являются равнинные плато с ложбинами, так называемые Ай-Петри и Караби-яйла с высотой над уровнем моря около 1000 метров. На рис 7, 8 показаны профили рельефа для двух произвольно выбранных трасс местности. Как видно, возвышенности удалены от моря на расстояние 4-7 км. Такое расположение не позволяет использовать море в качестве нижнего резервуара. Поэтому для создания ГАЭС необходимо организовать замкнутый цикл водопользования, построив нижний резервуар в подходящем месте вблизи основания возвышенности и осуществить его зарядку от моря. В процессе эксплуатации станции необходимо только лишь компенсировать потери воды на испарение и утечку. Данный цикл находит применение при сооружении ГАЭС малой и большой мощности в горной либо холмистой местности. В качестве примера отметим уже упомянутую станцию малой мощности на Эль Йерро, а также ГАЭС Kanagawa проектной мощностью 2820 МВт [35]. Резервуары последней расположены на удалении друг от друга с перепадом высот 653 метров и соединены подземным тоннелем длиной 6,1 км.
Для сооружения станции на Ай-Петри можно использовать в качестве транспортного пути существующую дорогу со стороны города Бахчисарая. Фактический график электрической нагрузки региона и наличие ЛЭП 110 кВ предоставляют возможности для создания ГАЭС мощностью 100 МВт. После выполнения запроектированной реконструкции ЛЭП на напряжение 220 кВ (см. рис. 1) мощность станции
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 15 (155) 2014 © Научно-технический центр «TATA», 2014
может составлять 150 МВт. Если исходить из предположения, что рабочий перепад высот между резервуарами будет составлять 1000 метров, то требуемый объем одного резервуара для станции 100 МВт с временем работы на номинальной мощности в течение двух часов должен быть около 0,1 млн м3. Для аналогичной по мощности ГАЭС на Караби-яйле
предполагаемый перепад высот может быть принят равным 800 метров, а объем резервуара 0,125 млн м3. Если емкости ложбины недостаточно для создания резервуара, то стены последнего могут быть достроены. Существует опыт создания верхнего резервуара ГАЭС объемом 5,7 млн м3 на вершине горы на ровной площадке [36].
Рис. 8. Профиль плато Караби-яйла Fig. 8. Profile Karaby-jajla plateau
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 15 (155) 2014
© Scientific Technical Centre «TATA», 2014
Повышенный интерес представляют собой прибрежные природные либо искусственно созданные места для построения ГАЭС с открытым циклом водопользования, где в качестве нижнего резервуара будет использоваться море. В качестве примера рассмотрим одно из перспективных мест для создания первой пилотной ГАЭС. Она может быть сооружена в месте расположения выработанного карьера Пси-лерахи в окрестностях г.Балаклавы в 12 км от Севастополя. Карьер разрабатывался для добычи редкоземельных металлов. На сегодня выработка карьера практически закончена, разрабатываются проекты его рекультивации [37, 38]. Фото карьера и один из вариантов его рекультивации показаны на рис. 9, 10.
Íi
■ ■ е-
V - - ¡fe
•'"if & X:;-
Рис. 9. Карьер Псилерахи Fig. 9. Quarry Psilerahy
Рис. 10. Вариант рекультивации карьера Псилерахи Fig. 10. Option reclamation quarry Psilerahy
Использование карьера для верхнего резервуара ГАЭС снимет проблему рекультивации данной местности и позволит модернизировать структуру Крымской электроэнергетической системы. Карьер находится в 400-500 метрах от моря, дно его на 74 метра выше уровня моря, а края расположены на отметке 150 метров. Место расположения и профиль карьера показаны на рис. 11.
Рис. 11. Профиль карьера Псилерахи Fig. 11. Quarry profile Psilerahy
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 15 (155) 2014 © Научно-технический центр «TATA», 2014
Полезный объем воды в карьере, который может быть использован для генерирования электроэнергии, составляет около 8 млн м3, что при условии работы станции в течение двух часов может обеспечить номинальную мощность ГАЭС на уровне 800 МВт. Воспринять такую мощность сегодня энергосистема не в состоянии. Однако если построить от Севастополя до ГАЭС линию электропередачи напряжением 330 кВ протяженностью всего около 15 км (см. рис. 1), то номинальная мощность станции будет составлять 400 МВт с продолжительностью работы четыре часа. Так как станция будет создаваться при готовом котловане для верхнего резервуара и использования моря в качестве нижнего резервуара, то можно прогнозировать, что ее технико-экономические характеристики, даже с учетом стоимости строительства требуемой ЛЭП, могут превышать данные табл. 2 и находиться на уровне лучших мировых показателей. В связи с относительно небольшой высотой расположения верхнего резервуара над уровнем моря и соизмеримой с ней высотой срабатывания уровня воды в нем целесообразно при создании станции рассмотреть применение переменной частоты вращения гидроэлектрических агрегатов. Данное решение предлагалось авторами в качестве дополнительной технологии к реализации международного проекта ТЯЕС по крупномасштабному использованию энергии возобновляемых источников [39].
Экологические аспекты создания ГАЭС на морской воде
Создание ГАЭС на морской воде требует решения новых технических и экологических задач по сравнению с использованием пресной воды [40, 41]. Прежде всего необходимо исключить просачивание морской воды из резервуаров в землю путем применения технологии гидроизоляции строительных конструкций. С самого начала строительства необходимо предпринимать специальные меры для смягчения воздействия на окружающую среду: защиту среды обитания, предотвращение выхода грязной воды в море, уменьшение шума и вибрации тяжелого строительного оборудования, восстановление и рекультивацию зоны строительства. Минимальный перечень исследуемых экологических параметров должен включать:
- метеорологию, качество воздуха, качество воды, шум, вибрации, неприятный запах, загрязнение почвы, оседание почвы, топографию, геологию, морские течения, морские явления;
- соленую пыль, морской инфильтрат;
- растительность, редкие растения, состав почвы;
- млекопитающих, птиц, рептилии, амфибии, насекомых, фауну, почвы;
- организмы в водотоках;
- кораллы, рыб, бентос, планктон, икру и мальков, организмы прилива, морские водоросли, траву.
К первоочередным мерам экологической защиты фауны и флоры во время строительства следует отнести:
1. Поимку животных и перенесение фауны и флоры, поскольку территория строительства прекращает быть средой обитания для малых животных ввиду нарушений ландшафта и присутствия тяжелого оборудования. Малые животные, такие как лягушки, черепахи и тритоны, перемещаются в более благоприятные условия вне строительной территории. До поимки животных следует провести исследования вероятности их выживания после перенесения в другую среду, после чего принимать решение.
2. Установку сеточных заграждений на внешней периферии зоны строительства для предотвращения захода небольших животных.
3. РЯ-деятельность по отношению к строительному персоналу с целью повышения осведомленности в отношении редких животных (буклеты с их фотографиями, лекции, меры предосторожности при строительных работах, действия при обнаружении редкого животного).
4. Установление наклонных стенок на обочинах дорог и озеленение площадки строительных работ.
Прибрежная зона представляет собой целостный, очень своеобразный географический и экологический объект, который обладает уникальными свойствами и, как правило, довольно ценными качествами, которые не встречаются ни на акватории, ни на территории. Ценные качества прибрежной зоны заключаются, прежде всего, в богатстве природных ресурсов. Биопродуктивность прибрежной зоны в несколько раз выше, чем в открытом море. Существуют и другие качества прибрежной зоны, не уступающие биопродуктивности, как, например, целебный микроклимат побережья, уникальность и эстетическая привлекательность ландшафтов. Для принятия решения о строительстве и выборе подходящего для этой цели места необходимо провести анализ факторов экологических рисков и затрат на их снижение:
- идентифицировать и изучить природу и масштабы экологических рисков в тех или иных местах прибрежной зоны;
- выбрать наиболее подходящие для работы участки прибрежной зоны;
- обеспечить безопасность ведущихся и планируемых работ от недопустимых факторов риска;
- добиться того, чтобы осуществляемые работы не привели к увеличению экологической опасности для населения прибрежной зоны.
Факторы риска в прибрежной зоне могут иметь как природный, так и антропогенный характер. Так, например, к числу потенциальных факторов риска можно отнести и сильный шторм, и инженерные работы, проводимые на уязвимом участке прибрежной зоны. Оценка экологических рисков помогает определить, какие места прибрежной зоны лучше всего подходят для реализации того или иного проекта.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 15 (155) 2014
© Scientific Technical Centre «TATA», 2014
Экологические риски можно свести до минимуму, планируя и осуществляя определенное инженерно-техническое обустройство прибрежной зоны. Существующий опыт управления риском состоит в следующем:
- выяснить, какие неблагоприятные события могут произойти, и определить наиболее серьезные факторы риска;
- выяснить, с какой вероятностью могут произойти эти события, оценить опасность каждого из них и рассмотреть меры по их устранению или снижению риска их возникновения;
- выбрать для этого адекватные стратегии;
- оценить эффективность выбранных стратегий.
Количественная оценка риска создания ГАЭС на
морской воде возможна только после проведения соответствующих предварительных исследований факторов риска. Однако изучение существующего опыта строительства показывает, что степень экологического риска ГАЭС не выше, чем при строительстве любых других сооружений в прибрежной зоне, а при соответствующем управлении риском может быть даже ниже.
Выводы
1. Существующая инфраструктура Крымской электроэнергетической системы и планы ее модернизации предоставляют возможность для инсталляции 2500 МВт электрической мощности от возобновляемых источников энергии при условии создания 1000 МВт мощности гидроаккумулирующих электростанций. Данный уровень интеграции возобновляемых источников в энергосистему позволит обеспечить 50% годового потребления электроэнергии.
2. Интеграция электростанций на возобновляемых источниках и гидроаккумулирующих электростанций в состав энергосистемы предполагает успешное согласование экономических, экологических и социальных факторов.
Список литературы
1. Обсяги виробництва, передачi i споживання електроенергл / НЕК «УкрЕнерго». Електроенер-гетичш системи. Кримська. (ЬИр^/^^м'.икгепе^о. energy.gov.ua/ukrenergo/control/uk/publish/article7showHi ааеп=1&аг!_1а=127707&саиа=33526&сЬше=136799619 2312).
2. Впровадження нового обладнання i технологiй, проблемнi питання, «вузькi мюця» / НЕК «УкрЕнерго» (http://www.ukrenergo.energy.gov.ua/ukrenergo/control/uk/ publish/article?showHidden= 1 &art_id=127713&cat_id=33 526&ctiшe=1367996351812).
3. Перспективы развития энергетического комплекса Автономной Республики Крым / ГП «Крымские генерирующие системы» (http://energysystem. crimea.ua/ Perspiktivi.html).
4. Електроенергетика Укра!ни: стан i тенденцii розвит-ку // Национальна безпека i оборона. Украшський центр економiчних i полггичних дослiджень iменi Олександра Разумкова. 2012. № 6. С. 6-12
5. Васько П.Ф., Постников В.И. Гидроаккумулирование энергии ветроэлектрических станций // Альтернативная энергетика и экология - К1АЕЕ. 2011. № 8. С. 38-43.
6. Социально-экономическое положение РК / Служба статистики Республики Крым (http://www. sf.ukrstat. gov.ua/socekon.php).
7. Проект планирования системы электропередачи в регионе Черного моря: Краткий отчет по возобновляемым источникам энергии. Агентство США по международному развитию. 2012.
8. ООО «Крым-Ирей» - лидер в сфере ветроэнергетики // Лидер Персона. 2011. №5 (1Шр:// leaderperson. coш/article/5-iiul/ooo-kryш-iriei-lidier-v-sfierie-vietroeni-erghietiki.html).
References
1. Obsagi virobnictva, peredaci i spozivanna elektroenergii / NEK «UkrEnergo». Elektroenergeticni sistemi. Krims'ka. (http://www.ukrenergo.energy.gov.ua/ ukrenergo/control/uk/publish/article?showHidden=1&art_id =127707&cat_id=33526&ctime=1367996192312).
2. Vprovadzenna novogo obladnanna i tehnologij, problemni pitanna, «vuz'ki misca» / NEK «UkrEnergo» (http://www.ukrenergo.energy.gov.ua/ukrenergo/control/uk/ publish/article?showHidden= 1 &art_id=127713&cat_id=33 526&ctime=1367996351812).
3. Perspektivy razvitia énergeticeskogo kompleksa Avtonomnoj Respubliki Krym / GP «Krymskie ge-neriruüsie sistemy» (http://energysystem.crimea.ua/ Perspiktivi.html).
4. Elektroenergetika Ukraini: stan i tendencii rozvitku // Nacional'na bezpeka i oborona. Ukrains'kij centr ekonomicnih i politicnih doslidzen' imeni Oleksandra Razumkova. 2012. № 6. S. 6-12
5. Vas'ko P.F., Postnikov V.I. Gidroakkumulirovanie énergii vetroélektriceskih stancij // Al'ternativnaa énergetika i ékologia - ISJAEE. 2011. № 8. S. 38-43.
6. Social'no-ékonomiceskoe polozenie RK / Sluzba statistiki Respubliki Krym (http://www.sf.ukrstat.gov.ua/ socekon.php).
7. Proekt planirovania sistemy élektroperedaci v regione Cernogo mora: Kratkij otcet po vozobnov-laemym istocnikam énergii. Agentstvo SSA po mezdunarodnomu razvitiü. 2012.
8. OOO «Krym-Irej» - lider v sfere vetroénergetiki // Lider Persona. 2011. №5 (http://leaderperson.com/ article/ 5-iiul/ooo-krym-iriei-lidier-v-sfierie-vietroenierg-hietiki. html).
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 15 (155) 2014 © Научно-технический центр «TATA», 2014
9. Новини компанп вщ 02.09.2010 / Прес-центр ДП НАЕК «Енергоатом». http://www.energoatom.kiev. ua/ua/press/nngc/7356-ogoloshennya/.
10. Казантипская ВЭС 100 МВт // Ветроэнергетические проекты для Украины. Конкорд Групп (http://www.konkord.org.ua/kazantip.php).
11. Немцы хотят застроить Крым ветряными электростанциями // Левый берег http://economics.lb.ua/ business/ 2012/02/07/135387_nemtsi_hotyat_zastroit_krim.html.
12. Французы собираются построить ветряную электростанцию в Крыму // Левый берег http:// economics. lb.ua/business/2012/02/22/13 8092_frantsuzi_sobirayutsya_ postroit.html.
13. Немецкая компания построит две новые ВЭС на территории Крыма // Альтернативная энергетика. АЭнерджи (http://aenergy.ru/4046).
14. Pedersen P., Eriksen B., Mortensen P. Present and future integration of largescale wind power into Eltra's power system. Proceedings European Wind Energy Conference 2001, Copenhagen, Denmark.
15. Steward D., Saur G., Penev M., and Ramsden T. Lifecycle Cost Analysis of Hydrogen Versus Other Technologies for Electrical Energy Storage // Technical Report NREL/TP-560-46719, November 2009.
16. http://www.renewableenergyworld.com/rea/blog/ post/2013/11/pumped-storage-in-the-spotlight.
17. Кароль Л. А. Гидравлическое аккумулирование энергии. М.: Энергия, 1975.
18. Шейнман Л.Б. Гидроаккумулирующие электростанции. М.: Энергия, 1978.
19. Paul W. Parfomak. Energy Storage for Power Grids and Electric Transportation: A Technology Assessment // Report for Congress, March 27, 2012 / Congressional Research Service, 7-5700. www.crs.gov, R42455.
20. Tetsuo Fujihara, Haruo Imano, Katsuhiro Oshima, Development of Pump Turbine for Seawater Pumped-Storage Power Plant // Hitachi Review Vol. 47 (1998), No. 5 199-202.
21. Creating a Hybrid Hydro-Wind System on a Spanish Island (http://www.hydroworld.com/articles/ print/volume-20/issue-5/articles/pumped-storage/creating-a-hybrid-hydro -wind-system-on.html).
22. El Hierro. How an Island Can Serve as a Model for Renewable Energy (http://news.thomasnet.com/ IMT/2011/ 07/18/el-hierro-how-an-island-can-serve-as-a-model-for-renewable-energy/).
23. Tiny Spanish Island Has a Huge Stake in the Future (http://www.nytimes.com/2011/01/20/business/ global/20iht-rbogisle.html?_r=0).
24. Buenoa C., Carta J.A. Wind powered pumped hydro storage systems, means of increasing the penetration of renewable energy in the Canary Islands // Renewable and Sustainable Energy Reviews 10 (2006) 312-340.
25. Dimitris Al. Katsaprakakis, Dimitris G. Christakis, Kosmas Pavlopoylos, So?a Stamataki, Irene Dimitrelou, Ioannis Stefanakis, Petros Spanos, Introduction of a wind powered pumped storage system in the isolated insular power system of Karpathos-Kasos // Applied Energy 97 (2012) 38-48.
9. Novini kompanii vid 02.09.2010 / Pres-centr DP NAEK «Energoatom». http://www.energoatom.kiev.ua/ ua/press/nngc/7356-ogoloshennya/.
10. Kazantipskaa VES 100 MVt // Vetro-energeticeskie proekty dla Ukrainy. Konkord Grupp (http://www.konkord. org.ua/kazantip.php).
11. Nemcy hotat zastroit' Krym vetranymi elektro-stanciami // Levyj bereg http://economics.lb.ua/business/ 2012/02/07/135387_nemtsi_hotyat_zastroit_krim. html.
12. Francuzy sobiraütsa postroit' vetranuü elektrostanciü v Krymu // Levyj bereg http://economics. lb.ua/ business/2012/02/22/138092_frantsuzi_sobirayutsya_postro it.html.
13. Nemeckaa kompania postroit dve novye VES na territorii Kryma // Al'ternativnaa energetika. AEnerdzi (http://aenergy.ru/4046).
14. Pedersen P., Eriksen B., Mortensen P. Present and future integration of largescale wind power into Eltra's power system. Proceedings European Wind Energy Conference 2001, Copenhagen, Denmark.
15. Steward D., Saur G., Penev M., and Ramsden T. Lifecycle Cost Analysis of Hydrogen Versus Other Technologies for Electrical Energy Storage // Technical Report NREL/TP-560-46719, November 2009.
16. http://www.renewableenergyworld.com/rea/blog/ post/2013/11/pumped-storage-in-the-spotlight.
17. Karol' L.A. Gidravliceskoe akkumulirovanie energii. M.: Energia, 1975.
18. Sejnman L.B. Gidroakkumuliruüsie elektrostancii. M.: Energia, 1978.
19. Paul W. Parfomak. Energy Storage for Power Grids and Electric Transportation: A Technology Assessment // Report for Congress, March 27, 2012 / Congressional Research Service, 7-5700. www.crs.gov, R42455.
20. Tetsuo Fujihara, Haruo Imano, Katsuhiro Oshima, Development of Pump Turbine for Seawater Pumped-Storage Power Plant // Hitachi Review Vol. 47 (1998), No. 5 199-202.
21. Creating a Hybrid Hydro-Wind System on a Spanish Island (http://www.hydroworld.com/articles/ print/volume-20/issue-5/articles/pumped-storage/ creating-a-hybrid-hydro-wind-system-on.html).
22. El Hierro. How an Island Can Serve as a Model for Renewable Energy (http://news.thomasnet.com/IMT/ 2011/07/18/el-hierro-how-an-island-can-serve-as-a-model-for-renewable-energy/).
23. Tiny Spanish Island Has a Huge Stake in the Future (http://www.nytimes.com/2011/01/20/business/ global/20iht-rbogisle.html?_r=0).
24. Buenoa C., Carta J.A. Wind powered pumped hydro storage systems, means of increasing the penetration of renewable energy in the Canary Islands // Renewable and Sustainable Energy Reviews 10 (2006) 312-340.
25. Dimitris Al. Katsaprakakis, Dimitris G. Christakis, Kosmas Pavlopoylos, So?a Stamataki, Irene Dimitrelou, Ioannis Stefanakis, Petros Spanos, Introduction of a wind powered pumped storage system in the isolated insular power system of Karpathos-Kasos // Applied Energy 97 (2012) 38-48.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 15 (155) 2014
© Scientific Technical Centre «TATA», 2014
26. Theodoropoulos P., Zervos A., Betzios G. Hybrid systems using pump-storage implementation in Ikaria island (http://www.istos-lab.gr/doc/IMPLEMENTATION %20IN%20IKARIA%20ISLAND.pdf).
27. Dimitris Al. Katsaprakakis, Pr. Dimitris G. Christakis. A Wind Parks, Pumped Storage and Diesel Engines Power System for the electric power production in Astypalaia (http://www.ewea.org/ewec2006/allfiles2/337_ Ewec2006fullpaper.pdf).
28. Caralis G., Zervos A. Prospects of Wind and Pumped Storage systems' integration in Greek islands (http://proceedings.ewea.org/ewec2006/allfiles2/457_Ewec 2006fullpaper.pdf).
29. Представлена новая гидроаккумулирующая электростанция (http://texnomaniya.ru/technology/predstavlena-novaj a-gidroakkumuliruj ushhaj a-jelektrostancija. html).
30. Loch a' choire ghlais: Pumped storage proposal (http://alansloman.blogspot.com/2012/02/loch-choire-ghlais -pumped-storage.html).
31. Mohammad Tawhidul Alaml, Tofaeel Ahamed, Younus Tareq, Ahsanullah Wahid and Sohorab Hossain. Prospect of Pumped Storage Hydroelectric Power Generation in Bangladesh through Sea Water Pumping // department of Electrical and Electronic Engineering Ahsanullah University of Science and Technology, Dhaka, Bangladesh.
32. Подземная ГАЭС (http://www.popmech.ru/ blogs/post/4676-podzemnaya-gaes/).
33. Hudroakumulatsioonijaam (http://energiasalv.ee/ hudroakumulatsioonijaam).
34. Marien ruimtelijk plan voorgesteld op nieuwjaarsreceptie Zeebrugge (http://www.apzi.be/news/ detail_nl.phtml?id=583).
35. Yoshifumi Nishiwaki. A proposal to realize sustainable development of large hydropower project // President, Tokyo Electric Power Services Co., Ltd.
36. Taum Sauk Hydroelectric Power Station (http://en.wikipedia.org/wiki/Taum_Sauk_Hydroelectric_Po wer_Station).
37. Возрождение Балаклавы и региона (http://www.balaklava-green.com/ru/psilerahy/).
38. Буркова Е.В., Макаров В.В., Бурков Д.В. Экологическая рекультивация отработанных карьеров путем создания тепловых гелиостанций // Альтернативная энергетика и экология - ISJAEE. 2013. № 3. С. 61-65.
39. Васько П.Ф., Постников В.И. Применение гид-роаккумулирующих электростанций на морской воде в качестве дополнительной технологии к международному проекту по возобновляемой энергетике TREC // Матерiали VIII мiжнародноi конференцп «Вщновлю-вана енергетика XXI столптя». АР Крим, 2007. С. 198199.
40. Васько П.Ф., Постников В.И. Основные аспекты экологической защиты гидроаккумулирующей электростанции на морской воде (на примере острова Окинава) // Матер. IX мiжнародноi конференцп «Вщновлювана енергетика XXI столггтя». АР Крим, 2008. С. 204-206.
41. Васько П. Ф., Постников В. И. О факторах экологического риска при создании гидроаккумулирующих электростанций на морской воде // Матерiали IX мiжнародноi конференцп «Вщновлювана енергетика XXI столгття». АР Крим, 2008. С. 207-209.
- TATA — í >
26. Theodoropoulos P., Zervos A., Betzios G. Hybrid systems using pump-storage implementation in Ikaria Island (http://www.istos-lab.gr/doc/IMPLEMENTATION % 20IN %20IKARIA%20ISLAND.pdf).
27. Dimitris Al. Katsaprakakis, Pr. Dimitris G. Christakis. A Wind Parks, Pumped Storage and Diesel Engines Power System for the electric power production in Astypalaia (http://www.ewea.org/ewec2006/allfiles2/337_ Ewec2006fullpaper.pdf).
28. Caralis G., Zervos A. Prospects of Wind and Pumped Storage systems' integration in Greek islands (http://proceedings.ewea.org/ewec2006/allfiles2/457_Ewec 2006fullpaper.pdf).
29. Predstavlena novaa gidroakkumuliruüsaa elektrostancia (http://texnomaniya.ru/technology/ predstav-lena-novaja-gidroakkumulirujushhaja-jelektrostancija.html).
30. Loch a' choire ghlais: Pumped storage proposal (http://alansloman.blogspot.com/2012/02/loch-choire-ghlais -pumped-storage.html).
31. Mohammad Tawhidul Alaml, Tofaeel Ahamed, Younus Tareq, Ahsanullah Wahid and Sohorab Hossain. Prospect of Pumped Storage Hydroelectric Power Generation in Bangladesh through Sea Water Pumping // department of Electrical and Electronic Engineering Ahsanullah University of Science and Technology, Dhaka, Bangladesh.
32. Podzemnaa GAES (http://www.popmech.ru/ blogs/post/4676-podzemnaya-gaes/).
33. Hudroakumulatsioonijaam (http://energiasalv.ee/ hudroakumulatsioonij aam).
34. Marien ruimtelijk plan voorgesteld op nieuwjaarsreceptie Zeebrugge (http://www.apzi.be/news/ detail_nl.phtml?id=583).
35. Yoshifumi Nishiwaki. A proposal to realize sustainable development of large hydropower project // President, Tokyo Electric Power Services Co., Ltd.
36. Taum Sauk Hydroelectric Power Station (http://en.wikipedia.org/wiki/Taum_Sauk_Hydroelectric_Po wer_Station).
37. Vozrozdenie Balaklavy i regiona (http://www.balaklava-green.com/ru/psilerahy/).
38. Burkova E.V., Makarov V.V., Burkov D.V. Ekologiceskaa rekul'tivacia otrabotannyh kar'erov putem sozdania teplovyh geliostancij // Al'ternativnaa energetika i ekologia - ISJAEE. 2013. № 3. S. 61-65.
39. Vas'ko P.F., Postnikov V.I. Primenenie gidroakkumuliruüsih elektrostancij na morskoj vode v kacestve dopolnitel'noj tehnologii k mezdunarodnomu proektu po vozobnovlaemoj energetike TREC // Materiali VIII miznarodnoi konferencii «Vidnovlüvana energetika HHI stolitta». AR Krim, 2007. S. 198-199.
40. Vas'ko P.F., Postnikov V.I. Osnovnye aspekty ekologiceskoj zasity gidroakkumuliruüsej elek-trostancii na morskoj vode (na primere ostrova Okinava) // Materiali IH miznarodnoi konferencii «Vidnovlüvana energetika HHI stolitta». AR Krim, 2008. S. 204-206.
41. Vas'ko P.F., Postnikov V.I. O faktorah ekologiceskogo riska pri sozdanii gidroakkumuliruüsih elektrostancij na morskoj vode // Materiali IH miznarodnoi konferencii «Vidnovlüvana energetika HHI stolitta». AR Krim, 2008. S. 207-209.
Транслитерация по ISO 9:1995
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 15 (155) 2014 © Научно-технический центр «TATA», 2014
