Статья: Проблемы электроснабжения в коммунально-бытовом секторе Арктической зоны Республики Саха (Якутия)

Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения РАН

Академия наук Республики Саха (Якутия)

Проблемы электроснабжения в коммунально-бытовом секторе Арктической зоны Республики Саха (Якутия)

В.А. Шакиров

Т.Ф. Тугузова, Р.И. Музычук

Иркутск, Российская Федерация

Якутск, Российская Федерация

Проведен обзор состояния энергетической инфраструктуры в Арктической зоне Республики Саха (Якутия), в том числе на основе возобновляемых источников энергии. Рассмотрены проблемы функционирования электрических станций и сетей, вопросы топливоснабжения. На основе статистической обработки информации по подразделениям АО «Сахаэнерго» представлен анализ износа генерирующего оборудования, линий электропередачи, трансформаторных подстанций, а также уровень потерь электроэнергии в линиях электропередачи. В дальнейшем результаты исследований будут использоваться для определения мер по повышению эффективности систем электроснабжения.

Ключевые слова: Арктика, дизельные электростанции, установленная мощность, линии электропередачи, трансформаторные подстанции, износ оборудования.

Abstract

PROBLEMS OF POWER SUPPLY IN THE PUBLIC UTILITY SECTOR OF THE ARCTIC ZONE OF THE REPUBLIC OF SAKHA (YAKUTIA)

Shakirov V. A.

Melentiev Energy Systems Institute of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (Irkutsk, Russian Federation)

Tuguzova T. F., Muzychuk R. I.

Melentiev Energy Systems Institute of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (Irkutsk, Russian Federation),

Academy of Sciences of the Republic ef Sakha (Yakutia) (Yakutsk, Russian Federation)

The article assesses the current state and problems of the power supply system, highlights the most pressing problems in the public utilities sector in the Arctic zone of the Republic of Sakha (Yakutia). On the basis of statistical processing of information by subdivisions of JSC Sakhaenergo, the authors present an analysis of the structure of generating capacities and the dynamics of the installed capacity of power plants, including those based on renewable energy sources. Diesel power plants account for the largest share of the installed capacity, with renewable energy sources accounting for less than 1.4%. The main problem in power generation is equipment wear. In total, in the Arctic uluses of the republic in the communal and household sector, the standard resource for operating time since the start of operation exceeded more than 30% of the total number and 20% of the total installed capacity of diesel units, of which 60% are operating after major repairs. The authors outline main problems of fuel supply for the considered Arctic uluses: harsh climatic conditions, difficult transport accessibility, unstable hydrological situation, insufficient amount of dredging work, and a shortage of special road equipment. The assessment of the wear of power transmission lines and transformer substations is carried out. Of the total length of overhead power lines, 18.5% exceed the service life limit. For cable lines, this figure is 50.6%. In five uluses, more than half of the installed capacity of transformers exceeds the standard resource. Assessment of the electricity losses level shows that, on average, they amount to 15% for district power grids. In a number of Arctic uluses, there are high energy losses in power grids as well as their constant growth. When replacing and reconstructing outdated infrastructure, it is advisable to implement measures aimed at reducing losses and increasing the capacity of lines.

Keywords. Arctic, diesel power plants, installed capacity, power lines, transformer substations, equipment wear.

Введение

В указе Президента РФ «Об Основах государственной политики Российской Федерации в Арктике на период до 2035 года» от 5 марта 2020 г. № 164 определены национальные интересы страны на этой территории. Из общего перечня можно выделить: обеспечение высокого качества жизни и благосостояния населения Арктической зоны Российской Федерации (АЗРФ), развитие АЗРФ в качестве стратегической ресурсной базы и ее рациональное использование в целях ускорения экономического роста России, охрану окружающей среды. Ключевую роль в решении этих задач играет надежное и эффективное энергоснабжение потребителей.

АЗРФ неоднородна по условиям хозяйствования, уровню социально-экономического развития, обеспеченности собственными топливно-энергетическими ресурсами, что определяет различия организации и специфику проблем энергоснабжения [1]. В этой связи выделяют две группы районов [1 --3]. К первой относятся промышленно развитые территории, охваченные системами централизованного энергоснабжения на базе крупных электростанций. Ко второй группе относятся районы децентрализованного энергоснабжения, в которых малые рассредоточенные потребители обеспечиваются электроэнергией от автономных источников, преимущественно дизельных электростанций (ДЭС). Такие районы преобладают на азиатской территории Арктики, в частности в Республике Саха (Якутия).

Арктические районы децентрализованного энергоснабжения характеризуются рядом особенностей и проблем [1--6]:

• низким уровнем развития транспортной инфраструктуры;

• сложной, ограниченной по срокам, высокозатратной транспортной схемой поставки топливных ресурсов;

• рассредоточенностью по территории на значительные расстояния потребителей малой мощности;

• повышенной изношенностью генерирующих мощностей и электросетевого хозяйства.

Суммарная мощность ДЭС в районах децентрализованного электроснабжения АЗРФ превышает 3 млн кВт, а производство электроэнергии на них -- порядка 15 млрд кВт-ч. В рамках северного завоза ежегодно поставляется до 5--8 млн т горюче-смазочных материалов [3; 4]. Транспортная составляющая в стоимости топлива достигает 70%, что обуславливает высокую себестоимость производства энергии.

Рис. 1. Характеристика заселенности Арктической зоны Республики Саха (Якутия)

Fig. 1. Characteristics of the population of the Arctic zone of the Republic of Sakha (Yakutia)

Подобные проблемы в той или иной степени характерны и для арктических территорий таких стран, как США, Канада, Дания [7]. Например, в Канаде 25 поселений на территории Нунавут обеспечиваются энергией исключительно от ДЭС, большинство из которых находится в эксплуатации более 35 лет [8; 9]. Одним из способов снижения указанных проблем стало использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Примером служат два других арктических региона Канады -- Юкон и Северо-Западные территории, имеющие годовое энергопотребление 0,85 ТВт-ч, покрытие которого на 84% обеспечивается гидроэлектростанциями, 12% -- ДЭС [9]. На Аляске с 2008 по 2018 гг. установленная мощность ветроэлектростанций (ВЭС) выросла с 3 до 64 МВт, из которых порядка 22 МВт приходится на 21 поселение в районах децентрализованного электроснабжения [10]. Развитие ВИЭ обусловлено стремлением повысить надежность и экономическую эффективность производства энергии и снизить экологическую нагрузку на уязвимую арктическую экосистему.

Несмотря на высокий потенциал возобновляемых природных энергоресурсов в районах децентрализованного электроснабжения АЗРФ [11--14], имеются лишь единичные случаи использования ВИЭ [15--16]. Суммарная мощность ветроэнергетических установок и фотоэлектрических преобразователей в этих районах по субъектам Федерации составляет от нескольких десятков до нескольких сотен киловатт за исключением Республики Саха (Якутия), где ВИЭ используется в относительно большей степени [17].

Другими рациональными направлениями повышения эффективности энергоснабжения децентрализованных потребителей являются [18]: реконструкция и модернизация существующей энергетической инфраструктуры, подключение к системе централизованного электроснабжения, использование местных энергоресурсов, строительство атомных станций малой мощности.

Определению наиболее эффективных мероприятий по повышению надежности, снижению затрат и воздействий на окружающую среду должна предшествовать детальная оценка текущего состояния системы энергоснабжения, выявление актуальных проблем в энергетическом хозяйстве, анализ региональных особенностей, потенциала возобновляемых природных энергоресурсов, степени развитости транспортной инфраструктуры и других аспектов.

В статье рассмотрены состояние и проблемы электроснабжения в коммунально-бытовом секторе Арктической зоны Республики Саха (Якутия).

Характеристика Арктической зоны Республики Саха (Якутия)

К Арктической зоне Республики Саха (Якутия) относятся 13 северных улусов (муниципальных районов), которые занимают 52,2% территории республики, где в условиях арктического и субарктического климата проживает только 7% населения (рис. 1). Территория характеризуется малой заселенностью, средняя плотность составляет 0,04 чел./км² Демографический ежегодник Республики Саха (Якутия) / Территор. орган федер. службы гос. статистики по Республике Саха (Якутия). - Якутск, 2019. - 262 с..

Рис. 2. Расположение энергетических объектов в Арктической зоне Республики Саха (Якутия)

Fig. 2. Location of energy facilities in the Arctic zone of the Republic of Sakha (Yakutia)

В Арктической зоне преобладают традиционные формы природопользования: оленеводство, охотничий и рыболовный промысел, добыча мамонтовой кости.

Грузы для нужд арктических районов на реки Яна, Индигирка, Колыма, Анабар и Оленёк завозятся по Северному морскому пути.

Коммунально-бытовой сектор обеспечивается электроэнергией от энергоисточников, находящихся в ведении АО «Сахаэнерго», являющегося на 100% дочерним предприятием ПАО «Якутскэнерго».

В связи с низкой плотностью, небольшими электрическими нагрузками потребителей, значительными расстояниями между населенными пунктами и слабой транспортной инфраструктурой электроснабжение в них осуществляется от автономных энергоисточников, в подавляющем большинстве ДЭС. Электросетевые связи между поселками отсутствуют.

Строительство крупных электростанций и развитие электрических сетей высокого класса напряжения экономически нецелесообразно.

Характеристика энергоисточников

Суммарная установленная электрическая мощность коммунальных электростанций Арктической зоны республики на начало 2020 г. составила 156,7 МВт. Генерирующие мощности представлены различными типами электростанций (рис. 2). В поселке Депутатском функционирует единственная мини-ТЭЦ на угле мощностью 7,5 МВт. В остальных населенных пунктах электроснабжение осуществляется от ДЭС различной мощности. Многие из них оснащены теплоутилизационными установками. Кроме того, установлено 11 возобновляемых энергоисточников -- солнечные электростанции (СЭС) и ВЭС суммарной мощностью порядка 2,2 МВт (85% мощности всех ВИЭ республики), из них 2 ВЭС суммарной мощностью 940 кВт. Следует отметить, что ВИЭ не являются независимыми энергоисточниками и вырабатывают электроэнергию в дополнение к ДЭС с целью вытеснения части дальнепривозного дизельного топлива.

На рис. 3 представлена структура установленной мощности электростанций Арктической зоны республики, в табл. 1 приведена ретроспектива динамики ее изменения. Наибольшая доля установлен ной мощности приходится на ДЭС. В рассматриваемый период установленная мощность энергоисточников находится на практически постоянном уровне. Небольшие изменения мощности связаны с реконструкцией и заменой оборудования ДЭС, а также строительством в 2019 г. ВЭС в поселке Тикси.

Рис. 3. Структура установленной мощности электростанций в Арктической зоне Республики Саха (Якутия)

Fig. 3. The structure of the installed capacity of power plants in the Arctic zone of the Republic of Sakha (Yakutia)

На территории Арктической зоны республики всеми типами электростанций АО «Сахаэнерго» в 2019 г. выработано 228,1 млн кВт-ч. Структура выработки электроэнергии, как и установленной мощности, характеризуется преобладающей долей ДЭС. На долю ВИЭ приходится менее 1% общей выработки.

Проблемы строительства и функционирования электростанций

В результате анализа состояния ДЭС выявлено, что основной проблемой генерации электроэнергии является износ оборудования.

Всего по арктическим улусам республики в коммунально-бытовом секторе нормативный ресурс по наработке с начала эксплуатации превысили более 30% общего количества и 20% суммарной установленной мощности дизельных агрегатов, из них 60% работают после капитального ремонта.

Износ генерирующего оборудования по наработанному моторесурсу на ДЭС наблюдается не только у агрегатов, установленных в 1970--1980-х годах, но и у достаточно большого количества (около половины) агрегатов с выработанным моторесурсом, установленных в 2000-х годах.

Хотя в среднем по Арктической зоне республики износ оборудования ДЭС не столь критичен, по отдельным районным электрическим сетям (РЭС) эти показатели достигают значительных величин. На рис. 4 представлены значения износа оборудования по РЭС.

Наихудшее положение по этим показателям наблюдается в Белогорских, Момских и Оленёкских РЭС, где износ как по мощности, так и по количеству агрегатов превышает 40%. Характерно, что в большинстве РЭС износ по мощности меньше, чем по количеству агрегатов. Это свидетельствует о пре- обладании износа оборудования малой мощности и об установке в последние годы агрегатов большей единичной мощности.

Таблица 1. Динамика установленной мощности электростанций АО «Сахаэнерго» в Арктической зоне, МВт

* С учетом СЭС в поселке Батагай (проект ПАО «РусГидро»).

Источник: Производственно-технические отчеты АО «Сахаэнерго» за 2015--2019 гг.

Кроме того, в тех РЭС, где в целом техническое состояние агрегатов находится в удовлетворительном состоянии, имеются ДЭС с существенным превышением нормативного ресурса.

Проблемы обозначились и с капитальными ремонтами. В целом более чем у 30% агрегатов, выработавших нормативный ресурс, этот показатель превышен вдвое. Из них 60% работают без капитального ремонта. Эта проблема обусловлена среди прочего сложностями с доставкой нового оборудования для ремонта в условиях все большего его старения и неразвитой транспортной инфраструктуры.