CC BY
229
ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
УДК 620.9 (470.21)
О.Е.Коновалова
ПЕРСПЕКТИВЫ КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ В МУРМАНСКОЙ ОБЛАСТИ
Аннотация
В работе дана характеристика возобновляемых энергоресурсов Мурманской области, приведена схема автономного энергоснабжения для ряда потребителей в удаленных районах Мурманской области, а также стоимостные показатели электростанций на базе возобновляемых источников энергии.
Ключевые слова:
возобновляемые энергоресурсы; комплексное использование энергии ветра, воды и солнца.
O.E.Konovalova
PERSPECTIVES OF INTEGRATED RENЕWABLE ENERGY IN MURMANSK REGION Abstract
In this work the characteristics of the renewable energy resources of the Murmansk region are given, a scheme of independent power supply for a number of consumers in remote areas of the Murmansk region are presents, as well as value indicators for power plants based on renewable energy.
Keywords:
renewable energy resources; complex use of energy of wind, sun and water.
Мурманская область располагает большим потенциалом возобновляемых источников энергии таких, как энергия ветра, солнечная энергия и гидроэнергия. Технические ветроэнергоресурсы составляют около 360 млрд кВт-ч и распределены по территории области неравномерно, наибольшая интенсивность ветра отмечена в прибрежных и горных районах, где среднегодовая скорость ветра на высоте 10 м достигает 6-8 м/с [1]. Здесь благодаря зимнему максимуму интенсивности ветра, благоприятной повторяемости скоростей ветра и наличию устойчивых господствующих ветров создаются уникальные условия для установки ветроэнергетических установок.
Технический потенциал солнечной энергии на Кольском полуострове также достаточно велик и составляет 11000 млрд кВт-ч. Максимум поступления солнечной энергии приходится на летнее время, а минимум на декабрь, когда на территории области наступает полярная ночь. Годовая продолжительность солнечного сияния изменяется от 1200 часов на севере области до 1600 часов на юге [2]. Полные потенциальные гидроэнергетические ресурсы рек Мурманской области оцениваются в 19.3 млрд кВт-ч, на треть они уже освоены. Действующие 17 гидроэлектростанций вырабатывают в среднем 6 млрд кВт-ч электроэнергии.
Здесь насчитывается более 107 тысяч озер общей площадью зеркала 8195 км2, 10 водохранилищ и около 21 тысяч рек общей протяженностью 60485 км (рис.1). Большинство рек (19597) имеют длину менее 10 км и относятся к разряду малых рек, они составляют 95.1% от общего числа водотоков, а их суммарная длина 61.2% от общей длины всех рек. Протяженность более 100 км на Кольском полуострове имеют всего 15 рек. Их суммарная длина составляет 4.0% от общей длины водотоков. Технический потенциал малых и средних рек Кольского полуострова составляет 4.4 млрд кВт-ч.
94
Рис.1. Схема рек Кольского полуострова
Реки Кольского полуострова относятся к бассейнам Баренцева и Белого морей. Водораздел проходит с запада на восток - от государственной границы с Финляндией к горлу Белого моря через Сальные, Хибинские, Ловозерские тундры и горную гряду Кейвы. Главные реки текут на север и на юг, в широтном направлении протекает лишь река Поной и частично Иоканьга.
Реки Мурманской области относятся к рекам преимущественно снегового питания. Годовой режим стока характеризуется высоким весенним половодьем, низкой зимней и летней меженью, относительно небольшими летне-осенними дождевыми паводками. Это также способствует совместному использованию ветровой и гидроэнергии. Сток рек Кольского полуострова уменьшается с севера на юг и от побережьев вглубь полуострова.
На территории области насчитывается 104 населенных пункта, где число жителей не превышает 1000 человек, а в некоторых не доходит даже до сотни человек. Большая часть этих поселков находится на побережье Белого и Баренцева моря и в центре полуострова в Ловозерском и Кандалакшском районах - в зонах децентрализованного электроснабжения.
Электроснабжение большинства этих населенных пунктов осуществляется от дизельных электростанций, а теплоснабжение от котельных. Постоянный рост цен на топливо и значительная удаленность от железной дороги приводят к снижению рентабельности энергетических установок и повышению себестоимости электрической и тепловой энергии. Поэтому малая возобновляемая энергетика для таких поселков, куда подача электроэнергии по ЛЭП экономически невыгодна из-за малочисленности населения и низкой потребляемой мощности, рассматривается как альтернативный источник энергии, способный если не полностью снять, то в значительной степени уменьшить проблему транспортировки дизельного топлива.
95
Потенциальными заказчиками малых и особенно микро ГЭС, а также ВЭУ и солнечных электростанций могут стать удаленные поселки, геологические партии, метеостанции, воинские части, частные фермерские хозяйства, рыборазводные предприятия, туристические базы и т.д.
Многие реки Кольского полуострова порожисты. Встречаются красивые водопады. Очень развита гидрографическая сеть. Множество болот и озер замкнуты и соединены протоками в огромные системы. Благодаря уникальности и хрупкости северной природы, а также доступности реки Кольского полуострова часто посещаются туристами.
Особым успехом среди иностранных туристов пользуются рыболовно-охотничьи базы, расположенные на реках бассейна Баренцева моря (реки Рында, Харловка, Восточная Лица), Терском берегу (реки Кица, Хлебная, Индель, Умба) и бассейне реки Поной (р.Ача, Пача).
Гидрографические и гидрологические характеристики выше перечисленных рек бассейна Белого и Баренцева моря, а также их потенциальная мощность приведены в [3].
В настоящее время правительство области и туристические фирмы заинтересованы в развитии внутреннего туризма и привлечении сюда иностранных туристов. Но для этого необходимо создавать инфраструктуру, улучшать качество туристических услуг и состояние материально-технической базы. К тому же развитие туризма в таких депрессивных районах области, как Терский берег, с.Ловозеро и с.Краснощелье способствовало бы финансовым поступлениям и улучшению качества жизни местного населения.
Малая возобновляемая энергетика могла бы стать толчком в развитии инфраструктуры и улучшении качества туристического сервиса в Мурманской области. Поскольку рыболовно-охотничьи базы располагаются на побережьях Баренцева и Белого морей в долинах рек в условиях открытой местности, где дуют сильные ветра, то использование малых ГЭС, а особенно микро ГЭС и ветроэлектрических установок (ВЭУ) как по отдельности, так и в комплексе представляется наиболее актуальным. А если учесть, что туристы приезжают на рыбалку в летнее время, когда наблюдается наибольшая солнечная активность, то и солнечные электростанции могут быть задействованы.
Большинство малых и средних рек Мурманской области по своим гидрологическим характеристикам пригодны для эксплуатации на них микро ГЭС. Они достаточно многоводны и быстротечны. К тому же микро ГЭС не требуют создания больших напоров воды. Выше на рис.1 показаны возможные места для установки микро ГЭС, ВЭУ и солнечных батарей на рыболовно-охотничьих туристических базах Мурманской области.
В зависимости от требуемой мощности и расхода реки можно подобрать множество вариантов микро ГЭС для обеспечения необходимой выработки электроэнергии. Стоимость гидроэнергетического оборудования в России колеблется от 300 до 1200 $/кВт, цены на ВЭУ составляют около 1000 евро/кВт, а на солнечные установки 4000-4200 $/кВт.
Как правило, нагрузка потребителя, будь то хозяйственный двор или турбаза с водо- и теплоснабжением, электроплитой и освещением, не превышает 5 кВт.
На рисунке 2 приведена блок-схема автономного электроснабжения потребителей от возобновляемых источников энергии.
Она включает в себя в общем случае: возобновляемый источник энергии, выпрямитель, преобразующий трехфазный переменный ток в постоянный, аккумуляторную батарею (АБ), инвертор, необходимый для превращения постоянного тока в переменный напряжением 220 В, контроллеры нагрузок (АБ) и постоянного тока, водяные или воздушные ТЭНы, а также резервный источник электроснабжения дизельную электростанцию (ДЭС). Можно использовать как один возобновляемый источник энергии, так и несколько сразу. ВИЭ питает нагрузку постоянного (через контроллер и делитель напряжения) и переменного
96
(через инвертор) тока, находящуюся в доме, а излишки электроэнергии запасаются в аккумуляторной батарее. Для предотвращения разряда АК контроллер нагрузок отключает потребителей постоянного тока, а инвертер - переменного тока. Излишки электроэнергии после заряда аккумуляторной батареи используются в бойлере для нагрева воды или отопления помещений. В моменты отсутствия возобновляемой энергии в работу включается резервный источник - ДЭС.
Рис. 2. Блок-схема автономного электроснабжения потребителя от возобновляемых источников энергии [4]
Автономная система на основе возобновляемых источников энергии для питания маломощной нагрузки постоянного тока и осветительной нагрузки (включающей несколько светильников, телевизор, небольшой холодильник) может строиться на базе маломощных ветроэлектрических установок UniAir Breeze мощностью 200-500 Вт стоимостью 30-40 тыс. руб. Такие системы могут использоваться при скоростях ветра от 3 м/c. Системы на базе более мощных ВЭУ-2000 могут питать отдельно стоящие коттеджи, стоимость их достигает 200 тысяч рублей, и применяются они при более высоких среднегодовых скоростях ветра.
В настоящее время в «Производственном техническом предприятии «Лидер» (г.Саратов) разработаны и применяются автономные солнечные энергосистемы (АСЭ) с установленной мощностью до 5000 Вт. Цены на установки малой мощности до 1000 Вт колеблются от 57 тыс. руб. до 136 тыс. руб. На АСЭ мощностью до 5000 Вт цены составляют от 250 до 700 тыс. руб.
Также на российском рынке представлены ветросолнечные электростанции ВСЭ различной мощности: ВСЭ-АВ200/180-24 - 68 тыс. руб., ВСЭ-500/200-24 - 82 тыс. руб., ВСЭ-1000/400-3к - 162.5 тыс. руб., ВСЭ-2000/1500 - 340 тыс. руб. Где, например, ВСЭ-500/200-24 означает, что в состав электростанции входит: ветроэлектрическая установка мощностью 500 Вт и фотоэлектрический модуль пиковой мощностью 200-210 Вт и напряжением 24 В.
97
При использовании гидроэнергии для электроснабжения изолированных потребителей особое внимание следует обратить на погружные микро ГЭС круглогодичного действия, разработанные в Красноярске. Они используют кинетическую энергию водного потока. Стоимость электроэнергии, выработанной такой станцией, в 5-8 раз ниже стоимости электроэнергии дизельных электростанций. Окупаемость такой ГЭС составит 1.2-1.8 года. При серийном производстве и минимизации всех издержек рыночная стоимость микро ГЭС мощностью 5 кВт, по мнению разработчиков, может составить 650-700 тыс. руб. Для потребителей электроэнергии с передвижным характером работы могут применяться современные рукавные микро ГЭС. Переносные рукавные микро ГЭС выпускаются инженерно технической фирмой ОсОО «Гидропоника» (г.Бишкек), ИНСЭТ (г.Санкт-Петербург), АО Тяжмаш и другими. Более подробно их технические и стоимостные характеристики были рассмотрены в [3].
Первый опыт комплексного использования ВИЭ на Кольском полуострове уже есть. Так, ветро-солнечная установка работает в п.Молочном на страусиной ферме (ООО «Северное сияние»), использующей современные экологически чистые технологии производства сельскохозяйственных продуктов. В поселке Пялица в 2014 году планируется пуск комбинированной установки на основе возобновляемых источников энергии ветра и солнца и имеющейся дизельной станции общей мощностью 30 кВт.
В перспективе возобновляемые источники энергии способны обеспечить электроэнергией широкий круг потребителей Мурманской области, в значительной мере сократить расходы на привозное дизельное топливо и создать комфортабельные условия проживания местного населения.
Литература
1. Баранник Б.Г., Коновалова О.Е., Минин В.А. Перспективы совершенствования энергетического хозяйства в районах Севера за счет использования возобновляемых источников энергии - Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 2011. - 154 с.
2. Минин В.А. Экономические аспекты развития возобновляемой энергетики малой мощности в удаленных поселениях на Кольском полуострове - Мурманск, 2011. - 44 с.
3. Минин В.А., Коновалова О.Е., Иванова Е.А. Перспективы использования микро ГЭС в удаленных районах Севера// Вестник КНЦ РАН - Апатиты, 2013, N° 3, с. 62-69.
4. http://www/solarhome .ru/solar/index.htm
Сведения об авторе Коновалова Ольга Евгеньевна,
старший инженер 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: [email protected]
УДК 621.548 (470.21)
А.А.Рожкова, А.В.Бежан
ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЭУ ДЛЯ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ПОСЕЛКА ЛОДЕЙНОЕ
Аннотация
Рассмотрен вопрос о модернизации системы теплоснабжения поселка Лодейное за счет применения ветроэнергетических установок (ВЭУ). Предложено место для сооружения ветроустановок, разработана схема выдачи мощности ВЭУ к котельной. Приведены результаты технико-экономического обоснования использования ВЭУ.
Ключевые слова:
теплоснабжение, ветроэнергетическая установка, поселок Лодейное, технико-экономическая оценка.
98
