В рамках совместного проекта ПостНауки и Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого мы публикуем лекцию доктора технических наук Виктора Елистратова, посвященную технологиям децентрализованного автономного энергоснабжения с использованием возобновляемых источников энергии.

Как известно, Российская Федерация является весьма протяженным по площади, по территории государством, и поэтому на этой территории проживает более 150 млн человек, часть из которых проживает на довольно удаленных территориях и нуждается, так же как и все остальные жители России, в качественном энергоснабжении. В целом можно сказать, что 65% территории России находится в зоне, не охваченной централизованным сетевым энергоснабжением. На этой территории проживает около 20 млн человек, поэтому проблема создания комфортных условий для их проживания, для энергоснабжения является весьма актуальной. Причем значительная часть этой автономной территории расположена в довольно суровых климатических условиях, на севере, поэтому там особенно важно обеспечивать такое надежное энергоснабжение.

Современное энергоснабжение этих территорий обеспечивается в основном за счет дизельных электростанций. Причем эти дизельные электростанции находятся в довольно неблагоприятном эксплуатационном состоянии, они уже довольно долго работают, поэтому израсходовали свой эксплуатационный ресурс и обладают довольно высоким расходом топлива для своей работы. Можно отметить, что в северных регионах, в дальневосточных регионах в настоящее время работает более 900 дизельных электростанций разной мощности, они производят более 2,5 млрд кВт•ч электрической энергии. Причем для того, чтобы обеспечить их топливом, в эти регионы ежегодно завозится более 1 млн тонн дизельного топлива — это так называемый «северный завоз». Это очень сложное, довольно трудоемкое и дорогостоящее мероприятие, поэтому необходимо думать о том, чтобы можно было повысить надежность и качество энергоснабжения при условиях снижения этого дорогостоящего северного завоза. Еще один комментарий: вследствие того, что завозится дорогое дизельное топливо, стоимость производства 1 кВт•ч электроэнергии в этих автономных децентрализованных регионах колеблется от 15 до 150 рублей за 1 кВт•ч.

Если мы припомним, сколько мы платим за электроэнергию в больших городах, эта сумма составляет примерно 2,5–3 рубля за 1 кВт•ч. Как видим, северное энергоснабжение — это очень дорогостоящее мероприятие. Поэтому нужно предлагать мероприятия, которые позволили бы существенно снизить эти затраты и понизить стоимость электрической энергии. Одним из направлений для использования и решения этих проблем является использование возобновляемых источников энергии. Можно отметить, что, например, северные, дальневосточные регионы обладают весьма высоким потенциалом ветровой энергии, плотность этой ветровой энергии составляет до 400–500 Вт/м2 на высоте 50 метров. Это очень высокий потенциал, который позволяет внедрять подобного рода системы для энергоснабжения. Здесь я хочу также отметить еще один важный аспект северного энергоснабжения — экологический.

Рекомендуем по этой теме:
8528
Солнечная энергетика

Как известно, дизельное топливо завозится в бочках, которые в дальнейшем совершенно беспорядочно разбрасываются по тундре и наносят, конечно, колоссальный экологический ущерб. Также выбросы парниковых газов, выбросы продуктов сгорания наносят большой экологический ущерб такой хрупкой северной природе. Эти мероприятия, направленные на снижение такого энергетического и экологического пресса, весьма важны. В нашем университете развиваются технологии, связанные с созданием таких децентрализованных автономных систем энергоснабжения с использованием возобновляемых источников энергии и, в частности, с использованием ветровой и солнечной энергии. Для того чтобы обеспечить такое надежное, качественное и, главное, экономически эффективное энергоснабжение, необходимо выполнить довольно много важных научно-технических задач.

Прежде всего, нужно научиться и выработать методологии правильной оценки ресурсов ветровой и солнечной энергии в условиях весьма ограниченной природно-климатической информации. Можно привести такой пример, что на одну метеостанцию для исследования метеорологических характеристик в нашей стране приходится площадь в 37 000 км², а в северных отдаленных регионах охват еще меньше. Следовательно, грамотно определить ресурсы с использованием предварительной информации очень сложно. Поэтому мы в своих исследованиях предлагаем методологию так называемой трехуровневой оценки ресурсов ветровой энергии там, где мы хотим построить такого рода энергокомплекс с использованием возобновляемых источников энергии.

Этот трехуровневый подход позволяет существенно повысить точность и достоверность исследования ресурса, тем самым обеспечить правильное использование сведений об этом ресурсе при обосновании параметров энергокомплекса. Следующая задача, которую нужно решить для эффективного энергоснабжения, — разработать методологию оптимизации параметров и режимов работы такого рода комплексных систем энергоснабжения. А для того, чтобы разработать такую методику, необходимо хорошее знание о технологиях преобразования энергии, об особенностях работы тех же дизельных электростанций, а самое главное, ветровых и солнечных электростанций в зависимости от потребностей данного населенного пункта. Мы предложили классифицировать эти системы энергоснабжения по объему потребления электроэнергии, по количеству населения и предложили так называемый модульный подход к созданию таких систем энергоснабжения, и это оптимальный головной модуль, из которого в дальнейшем можно собирать системы энергоснабжения требуемой мощности. Тем самым мы обеспечиваем унифицированность, импортозамещение этих технологий, такой подход позволяет добиться весьма хороших экономических показателей.

Еще одна проблема, которую необходимо решить, — создать так называемую интеллектуальную систему управления этим энергокомплексом, которая в каждый требуемый момент времени в условиях активно-адаптивных связей могла бы управлять процессом производства, потребления и хранения энергии. Такого рода интеллектуальная система управления у нас разрабатывается на основе экспериментальных исследований на специально созданном стенде, где мы моделируем режимы работы различных установок возобновляемой и невозобновляемой энергии, различных систем аккумулирования и так далее. Это очень интересная, тоже важная задача. И еще одна важная задача — привлечение инвестиций в такого рода объекты энергоснабжения. Оно появляется тогда, когда мы правильно оцениваем эффективность таких систем энергоснабжения, учитывая региональные особенности формирования тарифов, налогообложения, природно-климатических, социально-экономических и других показателей, и все это используем при обосновании такого рода систем энергоснабжения. Еще один очень важный аспект — это создание оборудования.

Мы должны с сожалением заметить, что в нашей стране сейчас практически не производится оборудование для возобновляемой электроэнергетики и, в частности, для ветроэнергетики, которое было бы адаптировано к суровым климатическим условиям, к условиям доставки этого оборудования на площадку, потому что не секрет, что на севере нет дорог, транспортный коридор доставки грузов составляет 2–3 месяца, поэтому нужно иметь такие решения, которые позволяли бы эффективно и быстро создавать такие объекты. Я могу привести пример, что в настоящее время уже смонтирована первая ветродизельная электростанция в поселке Амдерма Ненецкого автономного округа, которая включает в себя дизельную электростанцию и несколько ветроэнергетических установок мощностью 50 кВт. Эти ветроэнергетические установки уже адаптированы к северным условиям и позволяют обеспечить работу при температурах до -40 °C, тем самым мы добиваемся высокой эффективности при использовании ветрового режима.

Было предложено интересное решение по монтажу этой ветроэнергетической установки — так называемый бескрановый монтаж ветроэнергетической установки, когда она сама себя поднимает с помощью гидроцилиндров буквально за 10–15 минут. А кран — это особая проблема для северных территорий: требуется кран с высоким вылетом, а его очень сложно доставить, очень сложно смонтировать, и такого рода внедрение ветровой части в дизельную электростанцию, создание ветродизельной электростанции в конечном итоге позволило обеспечить экономический эффект порядка 45 млн рублей за период жизни данного объекта. Так что мне кажется, что будущее за такого рода технологиями децентрализованного автономного энергоснабжения с использованием местных возобновляемых источников энергии и со снижением северного завоза.