CC BY
42
Сведения об авторах Победоносцева Вероника Валерьевна,
старший научный сотрудник лаборатории энергосбережения и возобновляемых источников энергии Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН, к.э.н. Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А Эл. почта: pobedonosceva@ien.kolasc.net.ru
Бежан Алексей Владимирович,
младший научный сотрудник лаборатории энергосбережения и возобновляемых источников энергии Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А Эл. почта: yeskela@rambler.ru
УДК 621.548 (470.21)
А.А.Рожкова
К ВОПРОСУ ГИДРОАККУМУЛИРОВАНИЯ ВЕТРОВОЙ ЭНЕРГИИ НА КОЛЬСКОМ ПОЛУОСТРОВЕ
Аннотация
Рассмотрен вопрос о возможностях гидроаккумулирования ветровой энергии на Кольском полуострове. Дана характеристика каскадов ГЭС, способных обеспечить выравнивание непостоянства ветровой энергии за счет полезной емкости водохранилищ.
Ключевые слова:
ветровая энергия, гидроаккумулирование.
A.A.Rozhkova
ANENT HYDRO PUMPED STORAGE OF WIND ENERGY ON THE KOLA PENINSULA
Abstract
The question of opportunities of wind energy pumped storage on the Kola Peninsula is considered. The characterization of cascades of the hydroelectric power station capable to provide alignment of inconstancy of wind energy at the expense of the useful capacity of reservoirs is given.
Keywords:
wind energy, hydro pumped storage.
В Энергетической стратегии России на период до 2030 года [1] заложено одно из главных направлений энергетической политики - расширение производства электрической и тепловой энергии на основе возобновляемых источников энергии.
На территории Кольского полуострова небольшие населенные пункты (поселки, метеостанции, маяки и др.) находятся преимущественно на побережье Баренцева и Белого морей, а также в глубине полуострова в зонах децентрализованного энергоснабжения. Большинство из них используют
120
для электроснабжения дизельные электростанции, для теплоснабжения - котельные, работающие на привозном топливе. Способы доставки топлива малым потребителям разнообразны и зависят от удаленности ближайших пунктов топливоснабжения, состояния дорожно-транспортной сети. В прибрежных районах топливо доставляется морским путем и, как правило, завозится полный годовой запас. Дальнейшая перевозка производится автомобильным, гусеничным транспортом или авиацией (рис. 1), что приводит к повышению стоимости в 1.2-3 раза. По этой причине в удаленных населенных пунктах встает вопрос об экономном использовании ввозимого топлива, а также об изыскании путей по энергосбережению. Одним из направлений улучшения этого состояния может быть использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии (энергии ветра, гидроэнергии рек и др.)
Киркенес
= автомобильные дороги
■ железные дороги местные авиалинии
■ морские пути
20
22
*23
6
Рис.1. Дорожно-транспортная сеть Мурманской области. Удаленные потребители энергии:
Метеостанции: 1 - Вайда-Губа; 2 - Цып-Наволок; 3 - о.Харлов; 4 - Колмъявр; 5 - Святой Нос; 6 - о.Сосновец; 8 - Пялица; 9 - Чаваньга; 10 - Ниванкюль.
Маяки: 11 - Вайдагубский; 12 - Цып-Наволок; 13 - Сеть-Наволок; 14 - Тювагубский; 15 - Кильдинский Северный; 16 - Териберский; 17 - Русский; 18 - Харловский; 19 - Святоносский; 20 - Городецкий; 21 - Терско-Орловский; 22 - Сосновецкий; 23 - Никодимский.
Пограничные заставы: 24 - Пумманки; 25 - Цып-Наволок; 26 - Кильдин; 27 - Гаврилово; 28 - Восточная Лица; 29 - Дроздовка; 30 - Поной. Рыболовецкие и оленеводческие хозяйства: 31 - Сосновка; 32 - Чапома; 33 - Чаваньга; 34 - Краснощелье
121
В Мурманской области технические ветроэнергоресурсы составляют около 360 млрд кВтч - в основном они сосредоточены в прибрежных районах полуострова, где среднегодовая скорость ветра достигает 6-8 м/с (рис. 2).
Основным недостатком энергии ветра является ее непостоянство, что сказывается на качестве получаемой энергии. Для того чтобы использовать энергию ветра в режиме, удобном потребителям, необходимо найти способ накопления или аккумулирования энергии ветра.
С помощью аккумулирующих устройств решаются следующие задачи:
- выравнивание непостоянства энергии, которую вырабатывает ВЭС в условиях постоянно меняющейся скорости ветра;
- накопление избыточной ветровой энергии.
4 ГЭС п-ТЭС #-АЭС
----ЛЭП 330 кВ
- ЛЭП 110-150 кВ ■ среднегодовые скорости ветра
VI
VI ' IV
/"V
в Карелию 4
6
Рис.2. Схема электрических сетей Кольской энергосистемы:
I-III - Нивский каскад; IV-VIII - Пазский каскад; IX-XI - Ковдинский каскад; XU-XIII - Туломский каскад; XIV-XV - Серебрянский каскад; XVI-XVII - Териберский каскад
Эффективный способ аккумулирования энергии
ветра - гидроаккумулирование - наиболее экономичный и гибкий метод накопления большого количества энергии. ГЭС с водохранилищем может обеспечить выравнивание непостоянства поступления энергии
122
от ВЭС, так как ветровая и водная энергия дополняют друг друга: сезон паводка относительно маловетренен и наоборот. Во время ветреной погоды ВЭС экономит воду в водохранилище. В безветренную погоду запасенная энергия воды срабатывается через гидрогенераторы ГЭС и в виде электрической энергии поступает в сеть. Таким образом, эффективность совместной работы ВЭС и ГЭС высока, так как в отличие от чисто гидроаккумулирующей электростанции не происходит двойного преобразования энергии.
Водохранилища пяти из шести каскадов ГЭС Кольской энергосистемы [2] обладают емкостью, достаточной для участия в выравнивании непостоянства поступления электрической энергии от ВЭС. Полезная емкость водохранилищ обеспечивает возможность создания значительных энергозапасов, а высокие напоры делают каждый запасенный кубометр воды энергоэффективным.
Для размещения комплекса ВЭУ (ветропарка) наиболее благоприятна прибрежная зона на севере полуострова от р. Териберка до р. Воронья. Здесь расположены два каскада ГЭС - Серебрянский и Териберский, подпирающие два водохранилища: сезонного регулирования - на р. Териберка в 13 км от моря и годичного регулирования на р. Воронья в 50 км от устья (рис. 2). Верхние гидроэлектростанции обоих каскадов являются регулирующими, высоконапорными (76 и 113 м), рассчитаны на пиковый и полупиковый режим работы. В работе [3] подробно рассматривалась возможность установки ветропарка мощностью 200 МВт с подключением к трансформаторной подстанции Серебрянской ГЭС-1.
Туломский каскад, состоящий из двух ГЭС, обладает высоким напором (55 м) и значительным объемом водохранилища, но пониженный потенциал ветровой энергии (около 3 м/с) снижает эффективность совместной работы ВЭС и ГЭС.
У Пазского каскада ГЭС, расположенного в западной части побережья Баренцева моря, также имеются недостатки, способные затруднить совместную эксплуатацию ГЭС и ВЭС. Все ГЭС этого каскада - низконапорные (7.5, 21.5 и 19.3 м), что делает экономию каждого кубического метра воды в водохранилище менее эффективным.
Самой большой аккумулирующей способностью по объему воды обладают Нивский и Ковдинский каскады ГЭС. Суммарная полезная емкость водохранилищ многолетнего регулирования превышает 10 км3. Станции находятся на юге области и работают вблизи Кольской АЭС, являются опорными регулирующими электростанциями, поэтому аккумулирующие возможности водохранилищ могут служить для ветропарков локального значения, например расположенных на побережье Белого моря, а также в районах Хибинских гор или Мончегорских тундр.
Большой интерес представляет совместная работа ВЭС с гидростанциями на малых реках, работа которых неустойчива по временам года. Зимой обычно ощущается недостаток воды перед плотиной малой ГЭС. Воду приходится экономить, останавливая часть оборудования и тем самым снижая мощность ГЭС. Этого можно избежать, если совместно с ГЭС установить ВЭС, которая в ветреные дни будет подавать электроэнергию малым потребителям. В это время на ГЭС будет накапливаться вода перед плотиной. Перспективы развития малой гидроэнергетики на Кольском полуострове связаны с наличием подходящих створов для малых ГЭС вблизи изолированных потребителей и подробно рассмотрены в [4].
123
Выводы
1. Мурманская область располагает высоким потенциалом ветра и значительными ветроэнергоресурсами, основная часть которых сосредоточена в прибрежных районах Баренцева и Белого морей.
2. Поступление ветровой энергии и гидроэнергии рек в годовом разрезе взаимно дополняет друг друга, что предопределяет перспективность их совместного использования.
3. Гидроаккумулирование энергии ветра на действующих ГЭС Кольского полуострова может способствовать крупномасштабному использованию ветроэнергоресурсов и увеличению доли возобновляемых источников энергии в топливно-энергетическом балансе региона.
Литература
1. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года: утв. распоряжением Правительства Российской Федерации от 13 ноября 2009 г. № 1715 -р.
2. Исследование совместной работы ветроэлектрических станций
с гидроэлектростанциями на севере Кольского полуострова: отчет
о НИР (промежуточный) / ИФТПЭС КНЦ РАН; рук. И.Р. Степанов. - Апатиты, 1987. - 97 с. - № ГР 01860037106. - Инв. № 02870088742.
3. Абросимова А.А. Ветропарк в районе 81 км автодороги Мурманск - Териберка // Научно-технические проблемы развития энергетики Севера. - Апатиты: КНЦ РАН, 2009. - С. 30-35.
4. Минин В.А., Дмитриев Г.С. Перспективы использования энергии ветра и малых ГЭС в удаленных районах Мурманской области. - Апатиты: КНЦ РАН, 2007. - 97 с.
Сведения об авторе
Рожкова Анастасия Александровна,
младший научный сотрудник лаборатории энергосбережения и возобновляемых источников энергии Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А Эл. почта: nastasya_rozhkova@bk.ru
УДК 620.9 (470.21)
О.Е.Коновалова, Т.Н.Морошкина
ВОССТАНОВЛЕНИЕ МАЛЫХ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ - НОВЫЙ ЭТАП РАЗВИТИЯ ГИДРОЭНЕРГЕТИКИ
Аннотация
В работе предложено восстановление малых ГЭС в зонах децентрализованного электроснабжения с помощью ячеистых деревянных конструкций с использованием современных технологий и материалов. Приведены примеры строительства таких плотин.
Ключевые слова:
малая гидроэлектростанция, ряжевые плотины, Кольский полуостров, дизельная электростанция.
124
