Научная статья на тему 'Подходы к оценке энергопотенциала возобновляемых источников энергии на территории России'

Подходы к оценке энергопотенциала возобновляемых источников энергии на территории России Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
458
92
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ / ЭНЕРГОПОТЕНЦИАЛ / ТЕРРИТОРИАЛЬНОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ / РАЗВИТИЕ ТЕРРИТОРИИ / RENEWABLE ENERGY / ENERGY POTENTIAL / TERRITORIAL PLANNING / TERRITORIAL DEVELOPMENT

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Дуничкин И.В., Ковалева А.С., Ташлыкова Ю.А.

Статья посвящена определению особенностей и оценке энергопотенциала возобновляемых источников энергии (ВИЭ) на территории России, а также применению этой информации как дополнительных исходных данных в территориальном планировании. Такая постановка исследования позволяет достигнуть постепенного внедрения в практику проектирования использование ВИЭ для развития поселений и промышленных объектов. В статье рассмотрены существующие электростанции ВИЭ, из которых малые гидроэлектростанции являются одновременно самыми первыми и самыми перспективными в гидроэнергетике. Кроме того, в публикации представлен различный опыт применения оборудования для выработки энергии на основе возобновляемых источников, а также приведены аналитические данные по перспективам роста мирового производства энергии. Следует отметить, что наибольший прирост в мировом производстве ожидается от технологий, получающих энергию на основе действия солнца. Среди ВИЭ ветровая энергетика стоит на втором месте, что нашло отражение в дальнейшем анализе, рассмотрении вопросов интеграции технологий ВИЭ в градостроительную практику и результатах исследования. Предмет исследования: возможность применения технологий возобновляемой энергетики в современном градостроительстве.Цель: выявление наиболее эффективных источников возобновляемой энергетики, применение которых наиболее рационально в застройке населенных пунктов.Материалы и методы: в ходе работы были рассмотрены основные достоинства и недостатки, а также перспективы развития различных видов источников возобновляемой, в том числе малой, энергетики.Результаты: сделаны выводы о возможности внедрения технологий ВИЭ в среду населенных пунктов при территориальном планировании и необходимости их комплексного применения.Выводы: применение технологий ВИЭ возможно в современном градостроительстве. Целесообразно применение нескольких видов ВИЭ с учетом границ существующих ландшафтов поселений, для максимальной выработки.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Дуничкин И.В., Ковалева А.С., Ташлыкова Ю.А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Approaches to estimation of energy potential of renewable energy sources in the territory of Russia

The article is devoted to the definition of peculiarities and evaluation of the energy potential of renewable energy sources (RES) in the territory of Russia, as well as the application of this information as additional initial data in the territorial planning. This formulation of the research allows us to achieve the gradual introduction in the design practice of the use of RES for the development of settlements and industrial facilities. The article considers existing power plants of renewable energy sources, of which small hydroelectric power plants are both the first and at the same time promising in hydropower engineering. In addition, the publication presents a variety of experience in the use of equipment for generating energy based on renewable sources, as well as provides analytical data on the prospects for growth in world energy production. It should be noted that the greatest increase in world production is expected from technologies that receive energy based on the action of the sun. Among RES, wind power is on the second place, which was reflected in the further analysis, consideration of the issues of integration of renewable energy technologies in town-planning practice and the results of the research.Subject matter: the subject of the study is the possibility of applying renewable energy technologies in modern urban development.Objectives: the purpose of the study is to identify the most sources of renewable energy whose application is most rational in the development of settlements.Materials and methods: in the course of the work, the main advantages and disadvantages, as well as prospects for the development of various types of renewable energy sources, including small ones, were considered.Results: as a result of the work, conclusions were drawn about the possibility of implementing RES technologies in the environment of settlements with territorial planning and the need for their integrated application.Conclusions: application of renewable energy technologies is possible in modern urban planning. It is advisable to use several types of renewable energy taking into account the boundaries of existing landscapes of settlements, for maximum production.

Текст научной работы на тему «Подходы к оценке энергопотенциала возобновляемых источников энергии на территории России»

ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

УДК 620.92

Подходы к оценке энергопотенциала возобновляемых источников энергии на территории России

И.В. Дуничкин, А.С. Ковалева, Ю.А. Ташлыкова

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУМГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26

Аннотация

Статья посвящена определению особенностей и оценке энергопотенциала возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в Российской Федерации, а также применению этой информации как дополнительных исходных данных в территориальном планировании. Такая постановка исследования позволяет достигнуть постепенного внедрения в практику проектирования использования ВИЭ для развития поселений и промышленных объектов. Рассмотрены существующие электростанции ВИЭ, из которых малые гидроэлектростанции являются одновременно самыми первыми и самыми перспективными в гидроэнергетике. Представлен различный опыт применения энергетических установок на основе ВИЭ, а также приведены аналитические данные по перспективам роста мирового производства энергии. Следует отметить, что наибольший прирост в мировом производстве ожидается от технологий, получающих энергию на основе действия солнца. Среди ВИЭ ветровая энергетика стоит на втором месте, что нашло отражение в дальнейшем анализе, рассмотрении вопросов интеграции технологий ВИЭ в градостроительную практику и результатах исследования.

Предмет исследования: возможность применения технологий возобновляемой энергетики в современном градостроительстве.

Цели: выявление наиболее эффективных источников возобновляемой энергетики, применение которых наиболее рационально в застройке населенных пунктов.

Материалы и методы: в ходе работы были рассмотрены основные достоинства и недостатки, а также перспективы развития различных видов источников возобновляемой, в том числе малой, энергетики. Результаты: сделаны выводы о возможности внедрения технологий ВИЭ в среду населенных пунктов при территориальном планировании и необходимости их комплексного применения.

Выводы: применение технологий ВИЭ возможно в современном градостроительстве. Целесообразно применение нескольких видов ВИЭ с учетом границ существующих ландшафтов поселений, для максимальной выработки.

Ключевые слова: возобновляемые источники энергии, энергопотенциал, территориальное планирование, развитие территории.

Для цитирования: Дуничкин И.В., Ковалева А.С., Ташлыкова Ю.А. Подходы к оценке энергопотенциала возобновляемых источников энергии на территории России // Силовое и энергетическое оборудование. Автономные системы. 2018. Т. 1. Вып. 1. С. 15-27. Режим доступа: http://www.powerjournal.ru

Approaches to estimation of energy potential of renewable energy sources in the territory of Russia

I.V. Dunichkin, A.S. Kovaleva, YuA. Tashlykova

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation

Abstract

The article is devoted to the definition of peculiarities and evaluation of the energy potential of renewable energy sources (RES) in the territory of Russia, as well as the application of this information as additional initial data in the territorial planning. This formulation of the research allows us to achieve the gradual introduction in the design practice of the use of RES for the development of settlements and industrial facilities. The article considers existing power plants of renewable energy sources, of which small hydroelectric power plants are both the first and at the same time promising in hydropower engineering. In addition, the publication presents a variety of experience in the use of equipment for generating energy based on renewable sources, as well as provides analytical data on the prospects for growth in world energy production. It should be noted that the greatest increase in world production is expected from technologies that receive energy based on the action of the sun. Among RES, wind power is on the second place, which was reflected in the further analysis, consideration of the issues of integration of renewable energy technologies in town-planning practice and the results of the research.

Subject matter: the subject of the study is the possibility of applying renewable energy technologies in modern urban development.

Objectives: the purpose of the study is to identify the most sources of renewable energy whose application is most rational in the development of settlements.

Materials and methods: in the course of the work, the main advantages and disadvantages, as well as prospects for the

development of various types of renewable energy sources, including small ones, were considered.

Results: as a result of the work, conclusions were drawn about the possibility of implementing RES technologies in the

environment of settlements with territorial planning and the need for their integrated application.

Conclusions: application of renewable energy technologies is possible in modern urban planning. It is advisable to

use several types of renewable energy taking into account the boundaries of existing landscapes of settlements, for

maximum production.

Key words: renewable energy, energy potential, territorial planning, territorial development For citation: Dunichkin I.V., Kovaleva A.S., Tashlykova Yu.A. Podkhody k otsenke energopotentsiala vozobnovlyaemykh istochnikov energii na territorii Rossii [Approaches to estimation of energy potential of renewable energy sources in the territory of Russia]. Silovoe i energeticheskoe oborudovanie. Avtonomnye sistemy [Power and Autonomous Equipment]. 2018, vol. 1, issue 1, pp. 15-27. Available at: http://www.powerjournal.ru

Адрес для переписки:

Дуничкин Илья Владимирович

НИУ МГСУ, 129337, г. Москва, Ярославское шоссе,

д. 26, ecse@bk.ru.

Address for correspondence: Dunichkin Il'ya Vladimirovich

MGSU, 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation, ecse@bk.ru.

ВВЕДЕНИЕ

Экологический кризис, имеющий глобальные масштабы и затрагивающий Россию, на сегодняшний день обусловливает ряд проблем территориального развития. В исторической ретроспективе кризис в сфере окружающей среды является результатом информационно-технологической эволюции городов, несет угрозу для биологического разнообразия и здоровья населения, а также имеет постоянный фон сбоев работы энергетических систем многих поселений. Это происходит при прогрессии урбанизации в России с увеличением численности горожан. В градостроительном проектировании и территориальном планировании все большее развитие получают сверхурбанизированные объекты с элементами высотного строительства в существующей планировочной системе, что ведет к высокой плотности населения и городской застройки. В основе данной ситуации — действия инвесторов, которые, выбирая свои приоритеты, зачастую не всегда ставят на первые места энергоэффективность, экологичность и планировочно-энергетическую оптимизацию. В связи с этим, а также с повсеместным использованием исчерпаемых углеводородов, качество окружающей среды и показатели биологического разнообразия флоры и фауны снижаются от агрессивного антропогенного влияния урбанизации. Городская промышленность, транспорт, инфраструктура, системы сбора, удаления и захоронения отходов, использующие нефтепродукты и природный газ, вносят дополнительный вклад в динамику экологических кризисов в городе и снижают запасы этих стратегических ресурсов. Динамика до-

бычи нефти показана на рис. 1, где график представляет собой кривую Гаусса. Пиком нефтедобычи в России можно обозначить 2005 г. Опираясь на эти данные, можно сделать следующий вывод: если в первой половине графика наблюдался подъем и наращивание темпов добычи топлива, то во второй половине закономерно наблюдается спад, а значит, дефицит и высокая цена продукта. Максимальный экстремум функции показывает точку исчерпания половины запасов. Тогда в реальности объем мировой добычи нефти в 2030 г опустится к объему добычи 1980 г., несмотря на технологический прогресс человечества.

Урбанизация в Российской Федерации увеличивает антропогенное влияние человека на экологию, даже при возможности применения энергоэффективных решений и ресурсосберегающих технологий. Огромное количество товаров, ежедневно используемых населением, — это или продукты нефтепереработки, или продукты, транспортируемые с применением углеводородов. С учетом сегодняшней динамики рост городского населения увеличивается вдвое в период 2030-2050 гг. по сравнению с периодом 1970-1980 гг. Поэтому положительный эффект энергосбережения при помощи технологий нивелируется. Потребность человечества в топливе и ресурсах после 2040 г. может превзойти объемы добычи углеводородного топлива в 1,5-2,5 раза.

1930 1950 1970 1990 I 2010 2030 2050

Рис. 1. График мировой добычи углеводородов, разработанный Геологической службой США (USGS), с учетом эволюции мировой добычи нефти, конденсата и газа (прогноз ведется с 2004 г., на шкале времени показан стрелкой) [1]

Fig. 1. Global hydrocarbon production schedule developed by the USGS, taking into account the evolution of world oil, condensate and gas production (the forecast starts from 2004, on the time scale is shown by an arrow) [1]

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Все вышеизложенное говорит о необходимости разработки новейших технологий для замены исчерпае-мых ресурсов. При изучении этой темы встает вопрос необходимости учета информации об энергетическом потенциале территорий в части применения технологий ресурсодобычи с использованием воды, солнца и ветра. Для климата Российской Федерации наибольший интерес представляет ветроэнергетика. Целесообразно применять несколько источников ввиду неравномерности распределения добычи такой энергии во времени. Для развития и определения энергетической специализации каждого региона страны необходим комплексный подход к энергетике и территориальному планированию, который должен опираться на физико-технические факторы субъектов РФ. Следовательно, необходимо усовершенствование системы оценки природно-климатических и градостроительных условий. Путем привлечения местных инвесторов к приобретению оборудования для использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) появляется возможность достичь устойчивой системы расселения с комфортной для человека средой обитания, которая может базироваться на зоне опережающего экономического роста. Это позволит создать условия, необходимые для энергоэкономической специализации субъектов страны. Возможность развития энергетики не может быть обеспечена без энергии в определенном регионе. И в этих вопросах главную роль играют именно возобновляемые источники. Опираясь на возможности именно ВИЭ, можно оценить потенциал территории, основываясь на равномерности и количестве ресурсов. Кроме того, видится реальным типологизировать регионы в части градостроительства по некоторым показателям, например плотности и площади застройки, санитарно-защитным и специальным зонам и др.

Рассматривая сложившуюся в Российской Федерации стратегию энергообеспечения, основанную на условиях климата и географии местности, основной интерес вызывают объекты гидроэнергетики. В настоящее время, опираясь на стратегию энергообеспечения регионов, можно утверждать, что наиболее перспективной отраслью является гидроэнергетика. Сегодня крупнейшие ГЭС не только несут в себе функции развития ВИЭ в России и создания сети гидроэлектростанций, обеспечения энергией местной промышленности и глобальной инфраструктуры, но и являются по сути градообразующими предприятиями, местами приложения труда. Возможность освоения новых территорий ведет за собой и увеличение возможностей гидроэнергетики. Прогрессирующими направлениями являются, например, приливные и волновые электростанции на побережьях или малые ГЭС, такие как «Питкякоски» мощностью 1,26 МВт (рис. 2). Можно оценить перспективы малой энергетики в России, основываясь на справочных данных по ресурсам ВИЭ, которые показывают значимый ресурс по округам (табл. 1). При этом имеется возможность применять в гидроэнергетике и мини-установки разнообразных конструкций (воронковые, колесные, турбинные и др.), расположенные на малых реках и небольших ручьях (рис. 3). Сегодня особенно большой прогресс наблюдается в использовании погружных турбин. Благодаря применению подобных систем в градостроительных масштабах на данный момент можно видеть прирост энергии на территории субъектов РФ. Равномерность энергии, вырабатываемой на таких электростанциях, дает возможность применять малые ГЭС для работы объектов промышленного назначения, жилых и общественных сооружений. Такие установки можно применять и для частных нужд в хозяйственных целях, при этом возможно сезонное использование.

Рис. 2. МГЭС «Питкякоски» в Республике Карелия, РФ (построена в 1930-х гг.)

Fig. 2. Small hydropower station "Pitkyakoski" in the Republic of Karelia, of the Russian Federation (built in the 1930s)

При рассмотрении потенциала территории в вопросах солнечной радиации, а также применения энергии солнца в Российской Федерации, наиболее перспективными районами считаются Дальний Восток, Краснодарский край и Республика Крым. Солнечные электростанции помимо неоспоримых плюсов в вопросах эффективности имеют ряд недостатков, основными из которых являются необходимость в больших площадях и минимальная запыленность воздуха. Например, в Перово (Симферопольский район Республики Крым) находится электростанция Active Solar (Австрия) мощностью 100 МВт. Масштаб объекта ВИЭ позволяет оценить рис. 4.

Даже в зависимости от годового распределения суммарной облачности выработка электроэнергии на подобных станциях имеет в меру предсказуемый среднеравномерный характер, что позволяет применять такой источник энергии и для общественной, и для жилой застройки, и как резервный источник снабжения местной промышленности.

Табл. 1. Ресурсный потенциал малой гидроэнергетики по федеральным округам [2] Table 1. Resource potential of small hydropower in the federal districts according to the Resource Guide for Renewable

Energy Sources in Russia [2]

Федеральный округ / Federal District Валовой потенциал / Gross Potential Технический потенциал / Technical Capacity Экономический потенциал / Economic Potential

млрд кВт-ч/год / billion kWh/year млн т.у.т./год/ million tce/ year млрд кВт-ч/год / billion kWh/year млн т.у.т./год/ million tce/ year млрд кВт-ч/год / billion kWh/year млн т.у.т./год/ million tce/ year

Центральный / Central 8,41 2,9 2,91 1 1,57 0,5

Северо-Западный / Northwestern 54,55 18,7 15,02 5,1 8,89 3

Южный / Southern 160,60 20,6 18,8 6,4 10,3 3,5

Приволжский / Privolzhsky 35,00 11,9 11,4 3,9 6,3 2,1

Уральский / The Urals 136,00 45,9 42,1 14,3 23,13 7,9

Сибирский/ Siberian 436,06 147,9 135,8 46,2 74,8 25,4

Дальневосточный/ Far Eastern 451,70 153,7 145,8 49,6 80,1 27,3

Всего / Total 1282,32 401,6 371,83 126,5 205,09 69,7

Рис. 3. Мини-ГЭС с воронковой, колесной и турбинной конструкциями на ручьях и малых реках Fig. 3. Mini-HPP with funnel, wheel and turbine construction on streams and small rivers

Солнечная энергетика — наиболее доступный и чистый источник на данный момент, и видится реальным полностью обеспечить населенные пункты солнечной энергией. Основной метод выработки электроэнергии из солнечной радиации — применение фотопреобразователей — наиболее простой, эффективный и развивающийся способ добычи энергии на сегодняшний день.

Академик РАСХН Д.С. Стребков прогнозирует почти полный захват рынка энергетики именно солнечной энергией. Предполагается, что к началу 2100 г. технологии солнечной энергетики обеспечат до 90 % потребности населения [3]. Это имеет отражение в Глобальном прогнозе «Будущее цивилизаций» на период до 2050 г. Конференции ООН по устойчивому развитию «Рио+20» в 2012 г. [4] (рис. 5).

Рис. 4. Солнечная электростанция «Перово» на фотоэлектрических элементах Fig. 4. Solar power station «Perovo» on photovoltaic cells

Нефть

2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100

Рис. 5. Прогноз прогрессии доли солнечной энергии в мировом производстве энергии Fig. 5. Forecasting the progression of the share of solar energy in world energy production

Современные солнечные электростанции занимают огромные по площади территории для размещения фотоэлектрических панелей и другого оборудования. В условиях населенного пункта такое, очевидно, невозможно, поэтому возникает потребность в размещении элементов станции непосредственно на зданиях. На данный момент есть несколько примеров реализованных проектов применения фотоэлектрических элементов на фасадах и крышах сооружений, но подобные решения еще не применимы для массового строительства: в первую очередь необходима их унификация, а также учет эстетического восприятия подобных систем жителями.

Среди решений, предлагаемых для устранения подобных проблем, можно выделить разработку модульной системы фотоэлектрических элементов, которая органично внедряется в ограждающие конструкции и применяется для реконструкции зданий. На данный момент не является корректным выбирать и обосновывать необходимость применения определенного типа фотоэлектрических преобразователей по причине быстрого темпа развития их производства. Для максимальной выработки энергии из солнечной радиации требуется, по данным Д.С. Стребкова и А.П. Кашкарова, расположение панелей под прямым углом к направлению падения солнечных лучей. Если же энергетическая станция является стационарной и панели могут быть закреплены только под определенным углом, то следует выбирать угол, равный широте, на которой расположена станция.

На картограмме продолжительности солнечного сияния на территории РФ (рис. 6) [5] отмечены районы с различным по времени излучением. Видно, что только треть территории не обладает условиями для применения технологий солнечной энергетики.

Если рассмотреть распределение энергоснабжения в Российской Федерации в целом (рис. 7), то можно заметить, что только треть территории имеет бесперебойное централизованное снабжение [6]. Это говорит о конкурентоспособности применения солнечной радиации на остальной (2/3) территории России.

Рассматривая стандартную застройку современного города, можно обратить внимание на отсутствие четкой ориентации зданий по сторонам света. Это происходит из-за большого количества других ограничивающих факторов, поэтому нельзя рассчитывать на максимальную выработку энергии при применении солнечных электростанций на существующих сооружениях.

Рис. 6. Продолжительность солнечного сияния на территории РФ [5] Fig. 6. Duration of sunshine in the territory of the Russian Federation [5]

Используя данные первых картограмм (см. рис. 6, 7), можно получить картограмму областей благоприятных условий для применения солнечных электростанций. Опираясь на нее, можно сделать вывод о том, что наиболее удачными для применения фотоэлектрических элементов являются регионы с минимальной плотностью застройки (рис. 8). Рассматривая солнечную энергетику в вопросе градостроительства, следует принимать во внимание технические особенности установки панелей и коллекторов в условиях плотной застройки на южно-ориентированных фасадах.

Рис. 7. Распределение энергоснабжения на территории России [6] Fig. 7. Distribution of energy supply in Russia [6]

Рис. 8. Оценка условий для использования фотоэлектрических элементов [6] Fig. 8. Estimation of conditions for the use of photovoltaic cells [6]

Следующий вид возобновляемых источников, значимых с точки зрения градостроительства, — это ветер, а отрасль — ветроэнергетика. И хотя в отношении климата этот тип электростанций наиболее удачен для территории РФ и имеет значительный потенциал, все равно есть некоторые негативные аспекты применения ветряков. Например, имеются ограничения при строительстве мегаваттных установок. Это привело к тому, что данная отрасль находится в зависимости от иностранных производителей ветроэнергетических систем. Также имеются планировочные особенности в проектировании подобных объектов. Как показывает пример ветропарка под г. Зеленоградском (Калининградская обл.), требуется серьезный подход к организации территории, в том числе санитарно-защитных зон для ВЭУ большой мощности (свыше 0,1 МВт), из-за аэроакустического влияния на застройку, а также снижения эффективности работы ВЭУ из-за застройки и ее озеленения (рис. 9). В отличие от солнечной энергетики в этом случае выработка ветровой энергии не циклична и имеет периоды спада и подъема. Основное влияние подобных установок на окружающую природу наблюдается в момент их установки и монтажа опор, что говорит о необходимости предварительной оценки энергетического потенциала станции и целесообразности ее постройки с учетом влияния на среду. Кроме того, при эксплуатации ветропарков наблюдаются сильные перепады количества вырабатываемой энергии. За счет этого энергия, вырабатываемая на других источниках, перерасходуется. Это можно объяснить еще и ограничениями в общей сети. В целях решения данной проблемы многие эксперты по ветроэнергетике высказали предположение, что «наиболее рационально будет использование рассредоточенных по территории ветроэнергетических установок или ветропарков благодаря тому, что общая выработка электроэнергии возрастет» [7] в силу того, что ветряки, расположенные в различных местах, имеют возможность уловить ветер при разных ветровых режимах. Под эту гипотезу подпадают не только мощные установки в несколько мегаватт, но и малые ветропарки мощностью в несколько киловатт. Несмотря на все преимущества ветроэнергетики, повсеместное распространение установок в условиях застройки в ближайшее время представляется затруднительным в силу их негативных вибрационных и аэроакустических воздействий на людей.

Рис. 9. Ветропарк около г. Зеленоградска Калининградской области (запущен в эксплуатацию в 1995 г.)

Fig. 9. Wind park near the city of Zelenogradsk, Kaliningrad region (сommissioning in 1995)

Опираясь на картограмму распределения значений средних скоростей ветра для территории РФ (рис. 10), можно примерно рассчитать количество электроэнергии от ветроэнергетических установок. На данной картограмме, как и при распределении солнечной радиации, можно выделить район Дальнего Востока, Краснодарский край и другие прибрежные территории.

При градостроительном проектировании и оценке потенциала территории России необходимо соблюдение некоторых норм, в том числе санитарных, особенно при размещении мегаваттных установок. При внедрении малых ветровых станций существуют проблемы, связанные с вибрацией и акустикой в жилых помещениях. Для их решения необходим постоянный контроль состояния объектов [7]. Технически некоторые сложности можно обойти при применении дополнительных креплений в качестве демпферов и растяжек — для уменьшения пульсационной составляющей ветровой нагрузки и ее перераспределения между элементами конструкции. Для наиболее эффективной установки средств малой ветроэнергетики необходима оценка пограничных течений воздушных потоков по поверхности фасада и крыши, что позволит определить ветровой потенциал формы сооружения. Кроме того, в теплое время года при штиле следует учитывать эффект температурной конвекции, который формирует локальные воздушные потоки скоростью около 3 м/с [8]. Их появление зависит

Рис. 10. Распределение значений среднегодовых скоростей ветра на высоте 10 м по территории России

(по данным НАСА) [6]

Fig. 10. Distribution of mean annual wind speeds at an altitude of 10 m across Russia (according to NASA data) [6]

от ориентации здания на местности и воздействия солнечных лучей в различное время. Для определенных моделей ветрогенераторов такой скорости будет достаточно для начала их работы. При необходимости возможно уточнение потенциала территории в вопросе ветроэнергетики методом численного моделирования с последующей проверкой результатов с помощью физического эксперимента в аэродинамической трубе. Не следует забывать, что в конечную оценку экономической целесообразности подобного проекта следует включать и поддержание равномерного бесперебойного напряжения в центральной сети.

Вибрационное и акустическое влияние ветроэнергетических установок на жителей населенного пункта затруднительно точно учитывать при проектировании размещения объектов малой ветроэнергетики на фасадах и крышах зданий [9]. На данный момент такие источники возможно использовать только совместно с иными установками, например фотоэлектрическими элементами [10]. По итогу, сравнивая ветроэнергетические и солнечные электростанции применительно к территории РФ, стоит заметить, что ветроэнергетические установки обеспечивают более стабильную энерговыработку. Это можно подтвердить, сделав оценку экономической целесообразности применения различных типов установок, которая была решена как картограмма расчетной себестоимости электроэнергии (рис. 11) [6; 7].

Рис. 11. Расчетная себестоимость электроэнергии, вырабатываемой солнечно-ветровой энергоустановкой, цент/кВт-ч [6] Fig. 11. Estimated prime cost of electricity generated by solar-wind power plant, cent/kWh [6]

Успешность проектов территориального планирования во многом зависит от правильного распределения и взаимодействия различных источников энергии, в том числе и ВИЭ. Возобновляемые источники в широком понимании, помимо ветроэнергетики и солнечных установок, включают в себя и топливо на основе этанола, биогаза и биодизеля. Благодаря полному градостроительному анализу территории возможно оценить наиболее выгодные условия внедрения возобновляемых источников в конструкции зданий [11]. Кроме этого, появляется возможность предугадать перспективу развивающегося района, а также целесообразность реконструкции существующей застройки. При подобном анализе необходимо учитывать мероприятия по охране окружающей среды. Разработка подобных проектов должна производиться комплексно, с учетом природно-экологического каркаса местности и схем территориального планирования. Подобный анализ позволит на выходе иметь доступ к аналитической информации о качестве и значимости проектных решений в природных комплексах, что может служить инструментом для принятия типовых решений при проектировании и внедрении технологий ВИЭ. Для того чтобы стало реальным использование результатов анализа размещения станций выработки энергии на основе возобновляемых источников для территориального планирования, природно-экологический каркас рассматриваемой территории должен содержать энергетическую установку в качестве неотъемлемой части этого каркаса. Для этого при решении задач о размещении установок с технологией ВИЭ необходимо принимать во внимание основополагающие принципы [12]:

• целостности территории по элементам (неразрывности планировочных связей) природно-экологического каркаса;

• ландшафтно-визуального, экобиологического разнообразия и геоэкологической устойчивости;

• планировочной взаимосвязи и подчиненности объектов возобновляемой энергетики и элементов природно-экологического каркаса.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Вышеупомянутые принципы являются основой для совершенствования комплексного подхода к градостроительной практике с включением вопросов энергопотенциала территорий и застройки, что требует изменения Информационной системы обеспечения градостроительной деятельности (ИСОГД). Целесообразно изыскать возможность дополнения основных разделов ИСОГД отдельным разделом по оценке энергопотенциала ВИЭ или внесения информации о ВИЭ, соответствующей масштабу карт, в разделы документов территориального планирования Российской Федерации для всей страны, субъектов РФ и муниципальных образований. При этом для документации по территориальному планированию муниципальных образований информация об энергопотенциале с оценкой экономической эффективности может быть включена в материалы по их обоснованию. Это позволит ввести новую практику проектирования с постановкой новой парадигмы, где вопрос: почему в документации применены ВИЭ? будет заменен на вопрос: почему в документации не применяются ВИЭ при наличии их высокого энергопотенциала? Необходимая информация об энергопотенциале среды по ВИЭ уже структурирована и доступна на платформе ГИС ВИЭ России, которая предоставляет указанные выше данные и все реализованные и строящиеся проекты ВИЭ с технико-экономическими показателями, а также дополнительные данные о режимах сред. Все это даст возможность инвесторам и проектировщикам еще до формирования технического задания на проектирование получать исчерпывающую оценку энергопотенциала ВИЭ и принимать решение об ориентированной на ВИЭ проектной разработке для хозяйственной деятельности в рамках Градостроительного кодекса РФ.

ВЫВОДЫ

Опираясь на вышеизложенные принципы, можно сформулировать некоторые предпосылки к определению комплексного подхода при градостроительном планировании с учетом энергетического потенциала каждой территории. Необходимо рассматривать источник энергии и здание, на котором предполагается его устанавливать, как единое целое, с общими системами управления. Это ведет к повышению эффективности применения ВИЭ в градостроительстве. В задаче экономии территориального ресурса технологии возобновляемых источников превосходят любые другие в силу их компактного расположения на сооружениях, что не требует отведения для них дополнительных площадей населенного пункта. Также системы ВИЭ эффективны в условиях сложного рельефа или повышенной озелененности. Помимо прочего оборудование, внедренное в систему сооружения, позволяет повысить так называемую энергоэффективность и эколого-экономи-

ческую оценку самого здания, особенно при применении фотоэлектрических элементов [13]. В то же время природно-экологический каркас обеспечивает комплексное освоение структуры и функционирование природных комплексов территории при размещении на ней возобновляемых источников, дает наиболее полную оценку значимости элементов среды и природно-энергетического потенциала, например при планировании стратегического развития муниципального образования.

Подводя итог вышесказанному, можно заметить, что учет новейших технологий ВИЭ и внедрение их в градостроительные объекты при учете мероприятий по охране окружающей среды ведет к прогрессу и в вопросах территориального планирования. Результаты проведенного анализа доказывают необходимость этого широкомасштабного трансфера технологий ВИЭ в градостроительное проектирование и территориальное планирование. Это особенно важно для развития концепции Smart city и новых возможностей использования информационных технологий больших данных.

В заключение необходимо отметить, что в исследовании были представлены такие виды ВИЭ, как энергия воды, солнца и ветра, так как они наиболее экономически целесообразны и актуальны с точки зрения градостроительного проектирования и территориального планирования. Внедрение ГИС ВИЭ в ИСОГД позволит не только внести новые подходы к проектированию, экономической и научной оценке в градостроительстве, но и развить платформу ГИС ВИЭ за счет сопоставления информации платформы с градостроительными ограничениями по регламентам территорий и особенностям застройки. Это даст новую научную информацию для дополнения Строительных правил, в связи с ожидаемым выявлением новых несоответствий между технологиями ВИЭ и потребностями территории, застройки в развитии.

1. Нигматулин Р.И. Как обустроить экономику и власть России: анализ инженера и математика // Энергобезопасность в документах и фактах. 2007. № 5. C. 3-12.

2. Справочник ресурсов возобновляемых источников энергии России. Справочник-каталог / под ред. П.П. Безруких. М. : Directmedia, 2013. Т. 26. 272 с.

3. Стребков Д.С. Роль солнечной энергии в энергетике будущего // Малая энергетика. 2005. № 1-2. С. 48-55.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

4. Яковец Ю.В., Кузык Б.Н., Бектурганов Н.С. Глобальный прогноз «Будущее цивилизаций» на период до 2050 года. М. : МИСК, 2009.

5. Дураева Е. Возобновляемая энергия в России: От возможности к реальности. Париж : ОЭСР/МЭА, 2004. 120 с.

6. Фортов В.Е., Попель О.С. Энергетика в современном мире. М. : Интеллект, 2011. 167 с.

7. Егорычев О.О., Дуничкин И.В. Вопросы прогнозирования микроклимата городской среды для оценки ветроэнергетического потенциала застройки // Вестник МГСУ 2013. № 6. С. 123-131. DOI: 10.22227/1997-0935.2013.6.123-131.

8. Поддаева О.И., Дуничкин И.В., Кочанов О.А. Основные подходы к исследованию возобновляемых источников энергии как энергетического потенциала территорий и застройки // Вестник МГСУ. 2012. № 10. С. 221-228. DOI: 10.22227/1997-0935.2012.10.221-228.

9. Киселева С.В., Рафикова Ю.Ю. Использование климатических баз данных для оценки природно-ресурсного и технического потенциала ветровой энергии // Вестник аграрной науки Дона. 2010. № 1. С. 27-32.

10. Возобновляемые источники энергии : мат. пятой Всерос. науч. молодежной школы (г. Москва, 25-26 октября 2006 года) / под общ. ред. А.А. Соловьева. М. : Кн. дом Университет, 2006. 133 с.

11. Технологии возобновляемой энергетики и энергосберегающее оборудование : Каталог технологий и изделий, разработанных в системе ГНУ ВИЭСХ. М. : ГНУ ВИЭСХ, 2009. 60 с.

12. Гриднев Д.З. Проектирование природно-экологического каркаса в составе градостроительной документации // Проблемы региональной экологии. 2009. № 6. С. 18-25.

13. Шуткин О.И. Эколого-экономическая оценка конкурентоспособности проектов солнечной энергетики в Российской Федерации : дис. ... канд. экон. наук. М., 2014. 171 с.

1. Nigmatulin R.I. Kak obustroit' ekonomiku i vlast' Rossii: analiz inzhenera i matematika [How to equip economy and the power of Russia: the analysis of the engineer and the mathematician]. Energobezopasnost'v dokumentakh i faktakh [Energy Security and Energy Saving]. 2007. No. 5. Pp. 3-12. (In Russian)

2. Bezrukih P.P. ed. Spravochnik resursov vozobnovlyaemykh istochnikov energii Rossii. Spravochnik-kat-alog [Directory of renewable energy resources in Russia. Directory-catalog]. Moscow, Directmedia Publ, 2013. Vol. 26. 272 p. (In Russian)

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК

REFERENCES

3. Strebkov D.S. Rol' solnechnoy energii v energetike budushchego [The role of solar energy in the energy of the future]. Malaya energetika [Small Energy]. 2005. No. 1-2. Pp. 48-55. (In Russian)

4. Yakovets Yu.V., Kuzyk B.N., Bekturganov N.S. Global'nyy prognoz «Budushchee tsivilizatsiy» na period do 2050 goda [Global Forecast "The Future of Civilizations" for the period until 2050]. Moscow, MISK Publ., 2009. (In Russian)

5. Duraeva E. Vozobnovlyaemaya energiya v Rossii: Ot vozmozhnosti k real'nosti [Renewable energy in Russia: from opportunity to reality]. Paris, OECD/IEA Publ., 2004. 120 p. (In Russian)

6. Fortov V.E., Popel' O.S. Energetika v sovremennom mire [Energetics in the modern world]. Moscow, Intellekt Publ., 2011. 167 p. (In Russian)

7. Egorychev O.O., Dunichkin I.V. Voprosy prognozirovaniya mikroklimata gorodskoy sredy dlya otsenki vetroenergetichesk-ogo potentsiala zastroyki [Climate forecast for the urban environment in the assessment of the wind energy potential of buildings]. VestnikMGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2013. No. 6. Pp. 123-131. DOI: 10.22227/19970935.2013.6.123-131. (In Russian)

8. Poddaeva O.I., Dunichkin I.V., Kochanov O.A. Osnovnye podkhody k issledovaniyu vozobnovlyaemykh istochnikov ener-gii kak energeticheskogo potentsiala territoriy i zastroyki [Basic approaches to the research of renewable sources of energy as the energy potential of territories and built-up areas]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012. No. 10. Pp. 221-228. DOI: 10.22227/1997-0935.2012.10.221-228. (In Russian)

9. Kiseleva S.V., Rafikova Yu.Yu. Ispol'zovanie klimaticheskikh baz, dannykh dlya otsenki prirodno-resursnogo i tekhnichesk-ogo potentsiala vetrovoy energii [Using of the climatic data-bases for estimation nature-resource and technical potential of wind energy]. Vestnik agrarnoy nauki Dona [Bulletin of the Agrarian Science of the Don]. 2010. No. 1. Pp. 27-32. (In Russian)

10. Vozobnovlyaemye istochniki energii: mat. pyatoy Vseros. nauch. molodezhnoy shkoly (g. Moskva, 25-26 oktyabrya 2006 goda) [Renewable Energy Sources: materials of the fifth All-Russian Scientific Youth School (Moscow, October 25-26, 2006)]. Moscow, Kn. dom Universitet Publ., 2006. 133 p. (In Russian)

11. Tekhnologii vozobnovlyaemoy energetiki i energosberegayushchee oborudovanie : Katalog tekhnologiy i izdeliy, razrabo-tannykh v sisteme GNU VIESKh [Technology for renewable energy utilization and energy saving equipment : catalog of technologies and products developed in the system of VSU VNIIH]. Moscow, GNU VIESKh, 2009. 60 p. (In Russian)

12. Gridnev D.Z. Proektirovanie prirodno-ekologicheskogo karkasa v sostave gradostroitel'noy dokumentatsii [Projection of natural ecological framework as part of the urban planning documentation]. Problemy regional'noy ekologii [Regional environmental issues]. 2009. No. 6. Pp. 18-25. (In Russian)

13. Shutkin O.I. Ekologo-ekonomicheskaya otsenka konkurentosposobnostiproektov solnechnoy energetiki vRossiyskoy Fed-eratsii: dis. ... kand. ekon. nauk [Ecological and economic assessment of the competitiveness of solar energy projects in the Russian Federation : the thesis ... the candidate of economic sciences]. Moscow, 2014. 171 p. (In Russian)

Поступила в редакцию 19 апреля 2018 г. Принята в доработанном виде 6 июля 2018 г. Одобрена для публикации 1 августа 2018 г.

Received April 19, 2018.

Adopted in the finalized form on 6 July 2018.

Approved for publication August 1, 2018.

Об авторах: Дуничкин Илья Владимирович — кандидат технических наук, доцент кафедры проектирования зданий и градостроительства, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, ecse@bk.ru;

Ковалева Алеся Сергеевна — инженер Учебно-научно-производственной лаборатории по аэродинамическим и аэроакустическим испытаниям строительных конструкций, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, alesya.kovaleva.2014@mail.ru;

Ташлыкова Юлия Андреевна — магистрант, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, juliarh@inbox.ru.

About the authors: Il'ya Vladimirovich Dunichkin — candidate of technical sciences, assistant professor, Department of Architectural and Construction Design, Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation, ecse@bk.ru;

Alesya Sergeevna Kovaleva — Engineer of the Educational Scientific-Production Laboratory for Aerodynamic and Aeroacoustic Tests of Building Constructions, Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation, alesya.kovaleva.2014@mail.ru;

Yuliya Andreevna Tashlykova — Graduate student, Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation, juliarh@inbox.ru.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.