В последние годы все большее внимание уделяется проблемам использования чистых альтернативных возобновляемых источников энергии для удовлетворения потребностей в энергоснабжении в различных областях сельского хозяйства и промышленности. Актуальность и перспективность данной тенденции обусловлены двумя ключевыми факторами: катастрофической ситуацией в окружающей среде и необходимостью поиска новых видов энергии [1].
Из-за медленного и уверенного истощения ресурсов основных источников энергии, прежде всего нефти и газа, а также ограничений в развитии гидро– и атомной энергетики, многие страны проводят исследования по расширению использования альтернативных источников энергии – торф, нефть, сланцы, битум, нетрадиционные газы, энергия тепла Земли, Солнце, ветер, океан, биосинтез и т. д. [2]. Исследования по использованию альтернативных источников энергии продолжаются и в России. Распоряжением Правительства Российской Федерации от 28 августа 2003 г. № 1234 утверждена Энергетическая стратегия России на период до 2020 г. Приказ ориентирован на необходимость использования возобновляемых источников энергии и местных видов топлива.
Изучение прогноза энергопотребления и мощности на период 2013– 2019 гг., разработанного ОАО «СО ЕЭС» на основе фактов и прогнозов производственной и коммерческой эксплуатации объектов электроэнергетики, утвержденных программ социальноэкономического развития региона, а также информации о заключенных договорах о подключении коммунальных услуг (табл. 1) не вызывают сомнений в заключении, что в ближайшее время спрос на возобновляемые и альтернативные источники энергии будет расти, поэтому проблема исследования становится еще более актуальной.
Энергетическая система была разработана в 1960-х гг., в основном в Ульяновске и прилегающих районах. Обширный процесс развития энергосистемы происходил в 1970-х и 1980-х гг. В этот период была построена железная дорога «Асино-Белый Яр», и потребители электроэнергии в прилегающих к железной дороге районах были снабжены электроэнергией, сельскохозяйственные потребители в юго-восточных регионах были обеспечены электроэнергией, и началось интенсивное освоение северных нефтяных месторождений [7]. В области месторождения были построены новые города (Стрежевой, Кедровый), Лыгинецкое, Игольское, Герасимовское и другие месторождения нефти для строительства подстанций и линий электропередачи. Основными источниками энергии энергосистемы Ульяновской области являются электростанции ГРЭС (ГРЭС)-2 (Ру – 331 МВт) и Ульяновская ТЭЦ-3 (Ру – 140 МВт), вспомогательный котел Ульяновск (Ру – 14,7 МВт). Входит в состав Ульяновского филиала Акционерного общества «ЮГК-11» и ГТК ТЭС (549 МВт) ОАО «Сибирский химический коллектив». Другие возможности генерации, как правило, включают небольшие блоки генерации на некоторых промышленных предприятиях, таких как газотурбинные станции и газовые силовые двигатели (электростанции) общей мощностью 61,2 МВт [8]. Электроснабжение Ульяновской области ограничено. В 2012 г. обмен энергией с соседними объединенными территориями энергосистемы в Казани и Самаре составил 3,635 млрд долл. кВт-ч, или 40% годового потребления энергии [9]. Дефицит электроэнергии в Ульяновской обл. ведет к снижению зависимости от внешних поставщиков энергии, что повышает энергетическую безопасность. Наличие и добыча месторождений природного газа на уровне 4–4,2 млрд куб. м позволяет строить новые газовые энергоблоки в Ульяновской ТЭЦ-3, мини-ТЭС на базе газовых турбин и дизельной энергии [10]. Маломощные энергоблоки. Кроме того, ожидаемой тенденцией перевесить рост стоимости природного газа по сравнению с условиями стоимости угля является необходимость использования газа только в энергоэффективном оборудовании. В качестве альтернативы развитию газовой энергетики можно рассмотреть развитие атомных и угольных электростанций. Следует иметь в виду, что важная часть генерирующего оборудования на электростанциях Ульяновской области изношена в процессе эксплуатации и требует ремонта или замены. Еще одной характеристикой энергосистемы Ульяновской области является тот факт, что первичные источники энергии расположены на юге области, в то время как большая часть потребителей энергии, большая часть нефтедобывающих компаний расположены на севере страны. Электрическая энергия передается с юга на север по длинным линиям электропередачи 110–220 кВт с очень высокими токовыми нагрузками. Это приводит к определению потребительских нагрузок на линии послеаварийной передачи и ремонта. Кроме того, на многих подстанциях энергосистемы существует большая напряженность вокруг проблемы нехватки трансформаторов. Эти условия иллюстрируют тот факт, что потенциальные подключения к новым потребителям с энергосистемой в основном используются в некоторых узлах энергосистем [11].