Информационное письмо
Образец оформления статьи
Анкета автора
19.06.2015

Развитие возобновляемых источников добычи электроэнергии в целях снижения энергодефицитности Республики Крым

Николаевская Ксения Николаевна
магистрант Инженерно-экономического института, Национальный исследовательский университет «МЭИ» г. Москва, Российская Федерация
Аннотация: В статье представлен комплекс предложений по развитию возобновляемых источников электроэнергии  в целях повышения энергообеспеченности и снижения энергодефицитности региональной экономики на примере Республики Крым. Обосновано приоритетное использование альтернативных источников электроэнергии: солнечной радиации и энергии ветра, а так же потенциала автономной возобновляемой энергетики для целей снижения энергодефицитности региона.
Ключевые слова: энергодефицитность, возобновляемые источники энергии, автономная возобновляемая энергетика, государственная региональная политика, территория опережающего экономического развития
Электронная версия
Скачать (755.1 Kb)

Объем нетрадиционных возобновляемых источников электроэнергии (НВИЭ) в России, по данным экспертов, составляет более 24 млрд. тонн условного топлива. До недавнего времени мало уделялось внимания НВИЭ, одной из причин тому – достаточное количество традиционных энергоносителей.

Политика государства по отношению к НВИЭ, в настоящее время существенно изменилась. Проблемы, вышедшие на первый план – улучшения экологии, условий жизни населения страны, сохранение традиционных источников электроэнергии, стремление к повышению энергоэффективности производств и экономики в целом и др. [20]

В связи с присоединением Республики Крым к Российской Федерации, возникла проблема в его энергообеспечении. В связи с этим Минэнерго РФ приступило к разработке независимой от Украины схемы электроснабжения Крыма. Перспективным направлением реализации научно-технической деятельности в Крыму является сфера энергосбережения и повышения энергоэффективности на промышленных предприятиях и предприятиях сельского хозяйства, расширение использование источников альтернативной энергетики.

По данным источников издания «Коммерсант», республике необходимо не менее 1,5 ГВт электричества, получить эти мощности автономия сможет из России по ЛЭП через пролив, а также с помощью собственной генерации. Для этих целей Минэнерго предлагает построить в Крыму несколько небольших ТЭС. Один из вариантов - поставки до 1 ГВт электроэнергии из России и создания 500 МВт в Крыму, либо наоборот.

В настоящее время Республика Крым уже обеспечивается мобильными газотурбинными станциями, которые использовались во время Олимпиады в Сочи. Их общая мощность составляет порядка 200 МВт. Кроме того, регион закупил 900 дизель-генераторов, но стоимость годовых затрат на топливо для них может составить сотни миллиардов рублей.

Специалисты предприятия «Кубаньэнерго» (ОАО «Россети») приступили к работам по энергетическому обеспечению проекта, связанного с созданием транспортного перехода с Таманского полуострова через Керченский пролив в Крым. В настоящее время завершена модернизация подстанции «Вышестеблиевская», идет проектирование комплекса воздушных линий электропередачи, а также подстанций «Тамань» и «Тузла». Правительство РФ решает вопрос с обеспечением Крыма электроснабжением, в том числе и с помощью альтернативных источников электроэнергии [21].

Экономия электроэнергии и снижение энергетической зависимости от внешних поставок, на этой территории, возможны благодаря использованию альтернативных источников электроэнергии. Один из самых актуальных на данный момент подобных источников - это солнечные батареи и ветрогенераторы, а так же мини ГЭС.

В КНР солнечные батареи используют в системе уличного освещения, когда каждый столб оборудован одним, либо обоими механизмами накопления энергии. Днем системы работают в режиме накопления, а ночью освещают улицы в автономном режиме. Теми же источниками могут отчасти быть запитаны камеры наблюдения.

К стратегическим целям использования ветровых источников энергии на полуострове относится:

  • значительное сокращение потребления невозобновляемых ресурсов;
  • снижение экологической нагрузки;
  • увеличение числа децентрализованных потребителей;
  • обеспечение децентрализованных потребителей электроэнергией;
  • снижение расходов, что очень важно, на дальнепривозное и сезонное топливо и др.

Необходимость развития ветровой энергетики в регионе определяется ее ролью в решении следующих проблем:

  • обеспечение устойчивого тепло- и электроснабжения населения и производства в зонах децентрализованного энергоснабжения;
  • обеспечение гарантированного минимума энергоснабжения населения и производства в зонах централизованного энергоснабжения, испытывающих дефицит энергии;
  • предотвращение ущербов от аварийных и ограничительных отключений электропотребителей;
  • снижение вредных выбросов от энергетических установок в городах и населенных пунктах со сложной экологической обстановкой, а также в местах массового отдыха населения.

Для решения вышеперечисленных проблем и выполнения задач по обеспечению полуострова электроэнергией, существует необходимость применения автономных ветрогенераторов, главным преимуществом которых является возможность вырабатывания электроэнергии вне зависимости от сети.

Для работы ротора вертикального ветряка используется эффект магнитной левитации, что позволяет ему фактически парить в воздухе. Применение магнитов из редкоземельных металлов позволяет компенсировать силу тяжести, а специальные автоматизированные системы удерживают механизм в нужной точке. Такой подход делает возможным начало раскручивания ротора при совсем малых порывах ветра на уровне лёгкого бриза (от 0.17 м/c). Уменьшение количества механических частей существенно повышает надёжность и долговечность всей конструкции, а также положительно сказывается на акустическом комфорте (уровень шума до 20 дб).

Ветрогенераторы вертикального типа практически не требуют технического обслуживания. В работе используется тихоходный генератор на неодимовых магнитах без щёток [23].

В целом, ветрогенераторы работают подобно дизель-электростанциям, только не сжигают топлива, а значит, не загрязняют экологию. Применение вертикальных ветрогенераторов, которые не требуют лицензирования, менее затратные и могут быть поставлены на крыши домов в частном секторе, мини гостиницах, вырабатывая при этом 0,5 - 5 кВт в час электроэнергии.

Как говорилось ранее, Крым имеет достаточный ветроэнергетический потенциал, который предусматривается осваивать путем строительства новых и расширения существующих ветроэнергетических станций (ВЭС).

Осенние-зимние периоды в Крыму характеризуются сильными ветрами и, опять же, воспользоваться этой погодой можно с огромной выгодой. На побережье Крыма бризы (периодические ветры морских побережий, возникающие вследствие неодинакового нагревания и охлаждения воды и суши) наблюдаются повсеместно, но наиболее благоприятные условия для их развития создаются в равнинных районах - на западном побережье и на Керченском полуострове [21].

В период март-ноябрь на побережье Крыма бывает 104-106 дней с бризами. Чаще всего (17-18 дней в месяц) бризы наблюдаются в июле и августе, когда в Крыму устанавливается ясная, сухая и теплая погода. Летом морской бриз начинается в 7-8 и прекращается после 19 часов, весной (апрель) и осенью (октябрь) начинается в 9-11 и прекращается в 15-17 часов. Максимальная скорость бризов не превышает 6-7 м/сек днем и 5 м/сек ночью. Только в Евпатории и Керчи скорость морского бриза иногда достигает 9 м/сек. В равнинной части Республике Крым морские бризы распространяются в глубь полуострова на 20-30, на Южном берегу на 2-5 км. Мощность морского бризового потока по вертикали составляет в среднем 1 км, иногда 1,5-2 км. Береговой бриз в сторону моря распространяется на 20-25 км, его мощность по вертикали 200-300 м. Среднегодовая скорость ветра в Крыму зависит от района, но в среднем, это более 4 м/с.

При использовании мини – ГЭС (МГЭС) важнейшим фактором при получении электроэнергии является отсутствие топливной составляющей в этом процессе.

Электроэнергия, производимая мини ГЭС, имеет низкую себестоимость, а ее использование дает положительный экономический и экологический результат.

Таким образом, перспективным направлением является разработка систем бесперебойного электроснабжения (СБЭ), включающая в себя, кроме источника внешней сети, автономные источники электроэнерии (АИЭ), в том числе, автономные источники, выполненные с применением возобновляемой энергетики [4].

Стабилизаторы параметров электроэнергии являются одним из основных узлов таких систем, которые полностью или частично защищают потребителей от большинства проблем низкого качества электроэнергии. Однако в случае полного пропадания напряжения в электросети они защитить не могут. В схемах электроснабжения, применительно к этому случаю, предусматривают автоматический переход на резервный источник, в качестве которого выступает вторая линия питания или автономный источник электроэнергии, стабилизация напряжения которых также имеет свои особенности [22].

В связи с тем, что потребители требуют для своего питания электроэнергию с параметрами, отличными от тех, которые поступают от внешней сети и АИЭ, существует необходимость применения статических преобразователей электроэнергии и стабилизаторов напряжения в составе АСЭ. Потребителям в основном требуется электроэнергия переменного тока промышленной частоты [1].

Экономическое и техническое развитие современной сферы производства России, в том числе и в Республике Крым, как, впрочем, и всего мира, требует поиска, разработки и внедрения новых методов и технических средств по улучшению качества и обеспечения бесперебойной поставки электрической энергии, получаемой всевозможными потребителями. Исходя из этого, вопросы разработки способов и устройств по обеспечению надлежащего качества электроэнергии систем электроснабжения, в том числе, автономных, весьма актуальны и требуют своего решения с применением однофазных и трехфазных стабилизаторов напряжения [20].

Совместив солнечную батарею и ветряк можно вполне покрыть нужды в энергообеспечении дома, небольшой гостиницы и т.п. На рисунке 1 изображена автономная система дома, использующая в качества источника энергии ветрогенераторную установку.

Рисунок 1.  Автономная система энергообеспечения жилого дома

Рисунок 1. Автономная система энергообеспечения жилого дома

 Устройство такой установки представляет собой:

  • ветроколесо (ротор), преобразующее энергию набегающего ветрового потока в механическую энергию вращения оси турбины. Диаметр ветроколеса колеблется от нескольких метров до нескольких десятков метров. Частота вращения составляет от 15 до 100 об/мин. Обычно для соединенных с сетью ВЭУ частота вращения ветроколеса постоянна. Для автономных систем с выпрямителем и инвертором - обычно переменная;
  • мультипликатор - промежуточное звено между ветроколесом и электрогенератором, который повышает частоту вращения вала ветроколеса и обеспечивает согласование с оборотами генератора. Исключение составляют ВЭУ малой мощности со специальными генераторами на постоянных магнитах; в таких ветроустановках мультипликаторы обычно не применяются;
  • башня (ее иногда укрепляют стальными растяжками), на которой установлено ветроколесо. У ВЭУ большой мощности высота башни достигает 75 м. Обычно это цилиндрические мачты, хотя применяются и решетчатые башни;
  • основание (фундамент), предназначено для предотвращения падения установки при сильном ветре.

На рисунке 2 изображены два типа ветрогенераторов – горизонтально-осевой и вертикально-осевой. 

Рисунок 2. Основные типы ветродвигателей

Рисунок 2. Основные типы ветродвигателей

На случай, если скорость порывов ветра превышает предельные значения, во избежании угрозы поломки конструкция ветродвигателей, как правило, предусматривает автоматическое их отключение. Так же все такие ВЭУ должны быть оснащены тормозными устройствами.

Горизонтально-осевые ВЭУ имеют в своем составе устройство, обеспечивающее автоматическую ориентацию ветроколеса по направлению ветра.

Размер ветроэнергетической установки зависит от целей использования. Основной характеристикой, определяющей размер этих систем, является мощность рассматриваемого устройства. Так, для работы на сеть возможно применение ВЭУ мощностью 50 кВт и выше. ВЭУ меньшей мощности обычно используются как автономные. Например, ВЭУ для электроснабжения жилого дома может быть мощностью от нескольких сотен Вт до 10 кВт в зависимости от нагрузки и энергопотребления. В состав подобных ВЭУ обычно входят АБ, а во многих случаях и дизель-генератор в качестве резервного источника энергии во время длительных периодов безветрия [24].

Небольшие предприятия и удаленные поселки могут использовать ВЭУ существенно большей мощности. Маломощные турбины (менее 1 кВт) могут быть использованы для заряда аккумуляторов и электроснабжения малой нагрузки (связь, освещение, электроинструмент, телевизор и т.п.) [4].

Любая автономная система, в том числе и на базе ветроустановок, должна работать независимо от сети централизованного энергоснабжения. В данных условиях ВЭУ может функционировать как полностью самостоятельно, либо использовать в качестве дублера другого генератора. Так же есть возможность работать параллельно, в сочетании с другими энергетическими установками. Такие установки называются комбинированными. Они используются для подъема воды или для электроснабжения домов, ферм или производственных помещений малых предприятий.

Как правило, маломощные автономные ВЭУ генерируют постоянный ток для заряда АБ (аккумуляторной батареи).

Система содержит инвертор для преобразования постоянного тока в переменный с напряжением 230 В.

В настоящее время в России получили распространение такие ветроэнергетические установки мощностью до 0,5 кВт. Разработаны и используются опытные образцы ВЭУ мощностью 2,5; 5; 8 и 10 кВт. Более мощные системы, используемые, например, для электроснабжения нескольких объектов, обычно генерируют переменный ток.

В России имеется многолетний положительный опыт применения водоподъемных ветроустановок на пастбищах в степных или пустынных районах без использования АБ и резервных источников питания (бензиновых или дизельных электростанций).

В связи с этим можно сделать вывод о целесообразности использования ветроэнергетики, в том числе автономной, в Республике Крым, так как там сосредоточены значительные ветроэнргетические ресурсы.

Использование ветро-солнечной установки в качестве автономной системы электроснабжения. В состав ветросолнечной системы входят: ветроэлектрическая установка (ВЭУ); солнечная батарея (или несколько); контроллер заряда аккумуляторных батарей; аккумуляторы; инвертор 12/24/220 В [17].

Автономные ветросолнечные электрические системы могут быть различной мощности. Для питания маломощной нагрузки – например, телевизор, радио и другую маломощную нагрузку постоянного тока, небольшой холодильник - система строится на базе маломощных ветроэлектрических установок мощностью 200-500Вт. Такие системы рекомендуются при среднегодовых скоростях ветра от 3 м/c. Более мощные системы на базе ВЭУ мощностью до 5 кВт могут питать отдельно стоящие коттеджи и малые производственные объекты. Так как стоимость такой ветросистемы превышает 150 тысяч рублей, ее применение рекомендуется при среднегодовых скоростях ветра более 4 м/с. В противном случае срок окупаемости может растянуться на долгие годы. Применять ветроустановки мощностью более 5 кВт нужно с большой осторожностью и тщательно выбирать место их установки. Среднегодовая скорость ветра в таких местах должна быть не менее 4 м/с, иначе можно получить от ВЭУ только малую часть от паспортной выработки электроэнергии [24].

Рассмотрим на примере комбинированную ветросолнечную установку (рис. 3). 

Рисунок 3.  Ветросолнечная энергетическая установка

Рисунок 3. Ветросолнечная энергетическая установка

Комбинированная установка состоит из ветроэнергетической установки и солнечного модуля (солнечные батареи). Установка подключается через штатный блок управления к активной нагрузке (ТЭН) и аккумуляторам. С помощью заглушек можно отключить солнечный модуль или ветроэнергетическую установку, что позволяет производить замеры по отдельности для каждой установки. Излишки нагрузки могут преобразовываться в тепло с помощью подключаемого блока ТЭН. Аккумуляторы позволяют накапливать энергию и расходовать ее по мере необходимости при отсутствии или при недостаточной энергии солнца и ветра (пасмурная или облачная погода, небольшие скорости ветра).

Автономная электроэнергосистема на основе ВИЭ, схема которой представлена на рисунке 4, предназначена для автономного электроснабжения объектов, удаленных от промышленной электросети (маяков, пастбищ, военных объектов, садовых домов, и др). В ее состав также входят: ветроустановка мощностью 2 кВт, солнечная фотобатарея мощностью 50 Вт, батарея электрохимических аккумуляторов емкостью 80 А⋅ч, автоматическая система управления режимами работы (АСУ). Данная комплексная энергосистема без применения аккумуляторов энергии может вырабатывать около 1,75 МВт⋅ч электроэнергии за год (КПИ ≈ 0,1). Благодаря применению системы аккумулирования электрической энергии и блока автоматического управления режимами работы КПИ ветроустановки повышается до 0,3 [24]. 

Рисунок 4.  Автономная энергосиситема на основе ВИЭ

Рисунок 4. Автономная энергосиситема на основе ВИЭ

Автономная энергосистема такого состава применяется в случаях электропитания потребителей постоянным током и напряжением 12 В (освещение, теле-, радиоаппаратура). В зависимости от нужд потребителей, в состав автономной энергосистемы может вводиться инвертор, обеспечивающий возможность подачи потребителям электроэнергии напряжением 220 В, 50 Гц. Энергосистема может также эффективно использоваться для катодной защиты трубопроводов.

Особенно привлекательным является комплексное использование энергии возобновляемых источников на объектах, удаленных от линий электропередач и в местах, труднодоступных для их подведения. В данном случае расходы на доставку электроэнергии могут значительно превышать расходы на установку оборудования на основе возобновляемых источников энергии.

Резюмируя, можно сделать вывод, что стабильное и бесперебойное обеспечение потребителей энергией необходимого качества за счет комплексного использования энергии возобновляемых источников и аккумуляторов энергии укрепляет потенциал развития возобновляемой энергетики в разных отраслях экономики, особенно автономной возобновляемой энергетики.

На ближайшую перспективу наибольшей эффективности можно достичь при внедрении комплексных энергосистем на основе возобновляемых источников энергии в местах недостаточного обеспечения электроэнергией и на объектах, удаленных от электросети. Наиболее эффективным внедрением комплексных энергосистем на основе ВИЭ на данное момент является применение их в сельскохозяйственных комплексах, индивидуальных фермерских хозяйствах, индивидуальных жилых и садовых домах, в пансионатах, детских лагерях и на удаленных от электросети объектах (жилье пастухов, военные объекты, отдельные населенные пункты, и др.).

Однако, необходимо отметить, что потребность в системах аккумулирования зависит от объемов внедрения энергетического оборудования на основе возобновляемых источников энергии, которое в процессе эксплуатации не может быть достигнуто без применения накопителей энергии.

Таким образом, гибридные системы позволяют снабжать электроэнергией и горячей водой небольшие бытовые и производственные объекты в сельской местности, а также автономных потребителей в отдаленных районах и на экологически чистых природных заповедниках.

Список литературы:

1. Безопасность объектив топливно-энергетического комплекса [Электронный ресурс]. URL: http://tek.securitymedia.ru/opinion_0_34.html

2. Брыкин А.В., Шумаев В.А. Формирование промышленной политики на основе логистики. - М.: МосгорЦНТИ, 2007. - 232 с.

3. Лукьянова А.Н., Шумаев В.А. Методика управления рисками инвестиционных проектов строительства и эксплуатации атомных электростанций // Механизация строительства. – 2013. – № 1 (823). – С. 55–57.

4. Министерство топлива и энергетики Республики Крым – отчет за 2014 год «Информация о развитии и текущей ситуации в топливно-энергетическом комплексе Республики Крым за 2014 год». [Электронный ресурс]. URL: http://mtop.rk.gov.ru/file/Informacija_o_razvitii_i_tekushhej_situacii_v_toplivno_jenergeticheskom_komplekse_RK_2014.pdf

5. Морковкин Д.Е. Инновационные аспекты развития промышленного комплекса региона (на примере г. Санкт-Петербурга) // Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия: Экономика и право. – 2011. – № 1. – С. 48-53.

6. Морковкин Д.Е. Управление развитием промышленного комплекса региона (на примере г. Санкт-Петербурга): дисс. … канд. экономических наук. Москва, 2011. - 162 с.

7. Морковкин Д.Е. О методах регулирования развития промышленных комплексов регионов // Образование. Наука. Научные кадры. – 2011. – №1. – С. 114–118.

8. Морковкин Д.Е. Промышленный комплекс региона как объект управления // Микроэкономика. – 2010. – № 5. – С. 97–101.

9. Морковкин Д.Е. Системная характеристика промышленного комплекса региона // Микроэкономика. – 2011. – № 1. – С. 96–100.

10. Морковкин Д.Е. Методика оценки эффективности функционирования промышленного комплекса региона // Экономика. Налоги. Право. – 2011. – № 6. – С. 81-94.

11. Морковкин Д.Е. Социально-экономические аспекты устойчивого развития экономики территорий // Вестник Московского университета имени С.Ю. Витте. Серия 1: Экономика и управление. – 2014. – № 1. – С. 4-10.

12. Морковкин Д.Е. Инновационное развитие экономики на основе использования механизмов государственно-частного партнерства на федеральном и региональном уровне // Вестник Российского государственного гуманитарного университета. Серия «Экономика. Управление. Право». – 2015. – № 1.

13. Незамайкин В.Н. Стратегия устойчивого развития Российской Федерации // Финансы и кредит. – 2005. – № 17 (185). – С. 31-35.

14. Незамайкин В.Н. Экономические основы управления природно-экономическими комплексами // Экономический анализ: теория и практика. – 2007. – № 7. – С. 43-49.

15. Незамайкин В.Н, Морковкин Д.Е. Инфраструктурное обеспечение модернизации и инновационного преобразования реального сектора экономики России как фактор национальной экономической безопасности // Актуальные проблемы управления: Сборник статей международной научной конференции. Москва, 31 марта 2015 г. / Отв. ред. Н.И. Архипова. – М.: РГГУ, 2015. – С. 222-228.

16. Незамайкин В.Н., Юрзинова И.Л. Критерий оценки эффективности управления природно-ресурсным комплексом территории // Финансы и кредит. – 2006. – № 19 (223). – С. 25-31.

17. Новоселов А.С., Чернышов А.А. Территория опережающего развития как инструмент инновационного управления экономикой Республики Крым // Инновации в государственном и муниципальном управлении: опыт решения экономических и социальных проблем / Материалы Всероссийской научно-практической конференции (с международным участием). Редакционная коллегия: П.Ф. Тарасенко, Л.Г. Смышляева, Н.Д. Шимширт, И.Е. Максимова, Л.Б. Заверткина; Министерство образования о науки Российской Федерации; ФГА ОУВО «Национальный исследовательский Томский государственный университет»; Администрация Томской области. 2014. С. 173-177.

18. Поморцева И.М. Проблемы развития риск-менеджмента на российских предприятиях // Вестник Российского государственного гуманитарного университета. – 2009. – № 3. – С. 105-116.

19. Региональное управление и территориальное планирование: учебник и практикум для академического бакалавриата / Ю.Н. Шедько, Р.Г. Погребняк, Е.С. Пожидаева [и др.] ; под ред. Ю.Н. Шедько. — М.: Издательство Юрайт, 2015. — 503 с.

20. Региональный центр экономического развития «Эра Крым» - официальный сайт:: http://erakrim.com/

21. Российский центр солнечной энергии ´Интерсоларцентр, на базе материалов исследовательского агентства ETSU (Великобритания), 2014. URL: http://www.intersolar.ru/downloads/Wind_r.pdf

22. Современная рыночная электроэнергетика Российской Федерации. – М.: АНО «Учебный центр НП «Совет рынка», 2012. - 368 с.

23. Тенденции развития возобновляемых источников энергии в России и мире / Шкрадюк И.Э. - М.: WWF России, 2010. – 88 с.

24. Харитонов В.П. Автономные ветроэлектрические установки. – М.: ГНУ ВИЭСХ, 2006. - 280 с.

25. Шманёв С.В., Егорова Т.Н. Новый институциональный подход к проблемам управления на базе концепции расслоенности экономического пространства // Транспортное дело России. – 2012. – № 6-2. – С. 25–27.

26. Шумаев В.А. Проблемы инновационного развития экономики России // Вестник Московского университета им. С.Ю. Витте. Серия 1: Экономика и управление. – 2012. – № 1 (1). – С. 10-15.

27. Шумаев В., Морковкин Д. Импортозамещение как стратегическое направление инновационно-индустриального развития экономки России // РИСК: Ресурсы, информация, снабжение, конкуренция. – 2014. – № 4. – С. 123–126.

28. Шумаев В.А., Морковкин Д.Е., Незамайкин В.Н., Юрзинова И.Л. Организационно-экономические аспекты управления инновационным развитием промышленности // Механизация строительства. – 2015. – № 3 (849). – С. 53–59.

29. Юрзинова И.Л. Налоговая политика и оценка ее влияния на экономическое развитие регионов Российской Федерации: монография. М., 2006.