CC BY
8
ЭКОНОМИКА И УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ
Обзорная статья УДК 368.025.61
Подходы к оценке энергопотенциала возобновляемых источников энергии на территории России
Дарья Александровна Лагунова1 Александр Николаевич Никулин
1 2 Ульяновский государственный технический университет, Ульяновск, Россия 1 lagunova. dasha@gmail. com 2ann2006@yandex. ru
Аннотация. 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, несёт угрозу для биологического разнообразия и здоровья населения, а также имеет постоянный фон сбоев работы энергетических систем многих поселений.
Ключевые слова: возобновляемые источники энергии, оценка, экологический кризис, энергопотенциал, окружающая среда.
ECONOMICS AND QUALITY MANAGEMENT Review article
Approaches to estimating the energy potential of renewable energy sources in the territory of Russia
Daria A. Lagunova1 Alexander N. Nikulin2
Ulyanovsk State Technical University, Ulyanovsk, Russia
1 lagunova.dasha@gmail.com
2 ann2006@yandex.ru
Abstract. The ecological crisis, which has a global scale and affects Russia, today leads to a number of problems of territorial development. In historical retrospect, the environmental crisis is the result of the information and technological evolution of cities, poses a threat to biological diversity and public health, and also has a constant background of failures in the operation of the energy systems of many settlements. Keywords: renewable energy sources, assessment, ecological crisis, energy potential, environment.
Альтернативой ископаемым ресурсам является преобразование естественных потоков возобновляемой энергии, таких как:
• солнечное излучение,
• ветер,
• водные потоки,
• возобновляемое сырьё - биомасса.
Технический потенциал возобновляемых ресурсов превосходит потребности человечества в
© Лагунова Д. А., Никулин А. Н., 2022
энергии, поэтому существует возможность постепенного перехода на возобновляемую энергетику. Перераспределение и использование природных энергетических потоков характеризуется более мягкими воздействиями на биосферу и не приводит к существенным выбросам тепличных газов в атмосферу. Однако низкая удельная мощность природной энергии приводит к необходимости отводить большие площади для систем, «перехватывающих» потоки возобновляемой энергии.
В целом, при нынешней стоимости извлечения ископаемых ресурсов и уровне развития энергетических технологий, получение энергии из возобновляемых источников оказывается с экономической точки зрения в большинстве случаев менее предпочтительным, чем из традиционных источников. Относительное непостоянство солнечного излучения и ветровых потоков на многих участках поверхности вносит дополнительные сложности в возможность эффективного использования энергоустановок на их основе.
Энергетическая стратегия в области возобновляемых источников должна учитывать целый комплекс факторов, включая экономические, экологические, политические, социальные и другие, многие из которых не поддаются денежному выражению, а некоторые и количественному определению.
Комплексное использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) приводит к существенному повышению эффективности не только отдельных энергоустановок, но и энергосистем различного масштаба [1].
В отличие от традиционных источников, эффективность комплексного использования ВИЭ обладает синергетическим эффектом, изменяющимся в зависимости от потенциала и компли-ментарности различных источников на региональном уровне.
Таким образом, появляется необходимость создания новых методик анализа и оценки возможностей эффективного комплексного вовлечения ВИЭ в региональные энергетические системы.
Успешное решение этой задачи возможно только на основе системного подхода, позволяющего проводить всестороннее рассмотрение изучаемой системы с учётом её внешних и внутренних взаимосвязей, многочисленных целей, разнообразных ограничений и возможных последствий принимаемых решений. Поэтому задача создания методики оценки эффективности вовлечения возобновляемых источников энергии в энергетический баланс на основе системного подхода, позволяющего учитывать множество противоречивых факторов в условиях неточных или неопределённых исходных данных, является актуальной.
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 терри-
ториальному планированию, который должен опираться на физико-технические факторы субъектов РФ. Следовательно, необходимо усовершенствование системы оценки природно-климатических и градостроительных условий.
Путём 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.
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 [2].
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 градообразующими предприятиями, местами приложения труда. Возможность освоения новых территорий ведёт за собой и увеличение возможностей гидроэнергетики. Прогрессирующими направлениями являются, например, приливные и волновые электростанции на побережьях или малые ГЭС.
При рассмотрении потенциала территории в вопросах солнечной радиации, а также применения энергии солнца в Российской Федерации, наиболее перспективными районами считаются:
1. Дальний Восток,
2. Краснодарский край,
3. Республика Крым.
Солнечные электростанции помимо неоспоримых плюсов в вопросах эффективности имеют ряд недостатков, основными из которых являются необходимость в больших площадях и минимальная запылённость воздуха.
Солнечная энергетика - наиболее доступный и чистый источник на данный момент, и видится реальным полностью обеспечить населённые пункты солнечной энергией. Основной метод выработки электроэнергии из солнечной радиации - применение фотопреобразователей -наиболее простой, эффективный и развивающийся способ добычи энергии на сегодняшний день.
Современные солнечные электростанции занимают огромные по площади территории для
размещения фотоэлектрических панелей и другого оборудования. В условиях населённого пункта такое, очевидно, невозможно, поэтому возникает потребность в размещении элементов станции непосредственно на зданиях [3].
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.
Рассматривая стандартную застройку современного города, можно обратить внимание на отсутствие чёткой 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.
Наиболее удачными для применения фотоэлектрических элементов являются регионы с минимальной плотностью застройки. Рассматривая солнечную энергетику в вопросе градостроительства, следует принимать во внимание технические особенности установки панелей и коллекторов в условиях плотной застройки на южно-ориентированных фасадах [3].
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, всё 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.
В отличие от солнечной энергетики в этом случае выработка ветровой энергии не циклична и имеет периоды спада и подъёма.
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 её постройки с учётом влияния на среду. Кроме того, при эксплуатации ветропарков наблюдаются сильные перепады количества вырабатываемой энергии. За счёт этого энергия, вырабатываемая на других источниках, перерасходуется. Это можно объяснить ещё и ограничениями в общей сети.
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.
Итак, сравнивая ветроэнергетические и солнечные электростанции применительно к территории РФ, заметим, что ветроэнергетические установки обеспечивают более стабильную энерговыработку.
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 [2].
При решении задач о размещении установок с технологией ВИЭ необходимо принимать во внимание основополагающие принципы:
• целостности территории по элементам (неразрывности планировочных связей) природно-экологического каркаса;
• ландшафтно-визуального, экобиологическо-го разнообразия и геоэкологической устойчивости;
• планировочной взаимосвязи и подчинённости объектов возобновляемой энергетики и элементов природно-экологического каркаса.
Можно сформулировать некоторые предпосылки к определению комплексного подхода при градостроительном планировании с учётом энергетического потенциала каждой территории.
1. Необходимо рассматривать источник энергии и здание, на котором предполагается его устанавливать, как единое целое, с общими системами управления. Это ведёт к повышению эффективности применения ВИЭ в градостроительстве.
2. 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 населённого пункта.
3. Системы ВИЭ эффективны в условиях сложного рельефа или повышенной озеленён-ности.
4. Оборудование, внедренное в систему сооружения, позволяет повысить так называемую энергоэффективность и эколого-экономическую
оценку самого здания, особенно при применении фотоэлектрических элементов.
5. Природно-экологический каркас обеспечивает комплексное освоение структуры и функционирование природных комплексов территории при размещении на ней возобновляемых источников, даёт наиболее полную оценку значимости элементов среды и природно-энергетического потенциала, например при планировании стратегического развития муниципального образования [1].
Подводим итог: учёт новейших технологий ВИЭ и внедрение их в градостроительные объекты при учёте мероприятий по охране окружающей среды ведёт к прогрессу и в вопросах территориального планирования.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Справочник ресурсов возобновляемых источников энергии России. Справочник-каталог / под ред. П. П. Безруких. М. : Directmedia, 2018. Т. 26. 272 с.
2. Возобновляемые источники энергии: Ма-тералы5-й Всероссийской научной молодёжной школы / под общ. ред. А. А. Соловьева. М. : Кн. дом «Университет», 2016. 133 с.
3. Стребков Д. С. Роль солнечной энергии в энергетике будущего // Малая энергетика. 2019. №1-2. С. 48-55.
Информация об авторах
Д. А. Лагунова - студент гр. ФКбд-41, бакалавр инженерно-экономического факультета УлГТУ;
А. Н. Никулин - кандидат физико-математических наук, доцент кафедры «Финансы и кредит» УлГТУ.
REFERENCES
1. Spravochnik resursov vozobnovlyaemyh istochnikov energii Rossii. Spravochnik-katalog [Directory of renewable energy resources of Russia. Directory-catalog]. pod red. P. P. Bezrukih [edited by P. P. Bezrukikh]. Moscow, Directmedia, 2018, Vol. 26, 272 p.
2. Vozobnovlyaemye istochniki energii: Ma-teraly 5-j Vserossijskoj nauchnoj molodyozhnoj shkoly [Renewable energy sources: Materials of the 5th All-Russian Scientific Youth School].pod obshch. red. A. A. Solov'eva[under the general editorship of A. A. Solovyov]. Moscow, Kn. dom «Universitet» [Publishing House «University»], 2016,133 p.
3. Strebkov D. S. Rol' solnechnoj energii v energetike budushchego [The role of solar energy in the energy of the future]. Malaya energetika [Small power engineering]. 2019, No.1-2, pp. 48-55.
Information about the authors D. A. Lagunova - student gr. Fkd-41, Bachelor of Engineering and Economics Faculty of UlSTU (Ulyanovsk, Russia);
A. N. Nikulin - Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor of the Department of Finance and Credit of UlSTU.
Статья поступила в редакцию 14.01.2022; одобрена после рецензирования 10.02.2022; принята к публикации 01.03.2022.
The article was submitted 14.01.2022; approved after reviewing 10.02.2022; accepted for publication 01.03.2022.
