CC BY
6Научная статья
УДК 621.548 (470.21)
doi:10.37614/2949-1215.2022.13.3.002
ПОТЕНЦИАЛ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ МУРМАНСКОЙ ОБЛАСТИ
Валерий Андреевич Минин
Центр физико-технических проблем энергетики Севера Кольского научного центра Российской академии наук, Апатиты, Россия, v.minin@ksc.ru
Аннотация
Проанализированы нетрадиционные возобновляемые источники энергии Мурманской области. Оценены их ресурсы и возможности практического использования. Особо выделена перспективность вовлечения в хозяйственный оборот ветроэнергетических ресурсов региона. Представлены основные элементы ветроэнергетического кадастра Кольского полуострова, оценены технические ресурсы ветра. Рассмотрены перспективы применения ветроэнергетических установок в электро- и теплоснабжении небольших автономных потребителей, а также крупномасштабного использования ветропарков в составе Кольской электроэнергетической системы. Ключевые слова:
Мурманская область, возобновляемые источники энергии (ВИЭ), потенциал и ресурсы ВИЭ, приоритеты использования Благодарности:
работа выполнена в рамках государственного задания Центра физико-технических проблем энергетики Севера Кольского научного центра Российской академии наук (FMEZ-2022-0014). Для цитирования:
Минин В. А. Потенциал и перспективы использования возобновляемых источников энергии Мурманской области // Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2022. Т. 13, № 3. С. 21-31. doi:10.37614/2949-1215.2022.13.3.002
Original article
POTENTIAL AND PROSPECTS FOR THE USE OF RENEWABLE ENERGY SOURCES OF THE MURMANSK REGION
Valerii A. Minin
Northern Energetics Research Centre of the Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences, Apatity, Russia, v.minin@ksc.ru
Abstract
Unconventional renewable energy sources of the Murmansk region are considered. Their potential and practical use possibilities are assessed. The prospects of involving the wind energy resources of the region in the economic turnover are highlighted. The main elements of the wind energy cadastre of the Kola Peninsula are presented, the technical resources of wind are estimated. The prospects of using wind power plants in the electricity and heat supply of small autonomous consumers, as well as the large scale use of wind farms as part of the Kola electric power system are considered. Keywords:
Murmansk region, renewable energy sources (RES), RES potential and resources, use priorities Acknowledgments:
the work was carried out within the framework of the State Research Program of the Northern Energetics Research Centre of the Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences (FMEZ-2022-0014). For citation:
Minin V. A. Potential and prospects for the use of renewable energy sources of the Murmansk region // Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2022. Vol. 13, No. 3. P. 21-31. doi:10.37614/2949-1215.2022.13.3.002
В последние годы во всем мире ведутся исследования, направленные на поиск и вовлечение в топливно-энергетический баланс новых источников энергии. Особый интерес проявляется к нетрадиционным ВИЭ, таким как энергия солнца, ветра, гидроэнергия малых рек, приливная энергия и др. В России также не сбрасываются со счетов возможности использования ВИЭ [1, 2]. Вовлечение
их в хозяйственный оборот наиболее перспективно в районах, располагающих повышенным потенциалом этих источников и испытывающих недостаток в традиционных топливных ресурсах. На Европейском Севере России к числу таковых относится Мурманская область, энергетика которой в значительной мере базируется на привозном топливе (ядерном горючем, угле, нефтепродуктах, сжиженном газе). Область располагает широким набором возобновляемых источников, способных пополнить ее топливно-энергетический баланс.
Потенциал возобновляемых источников энергии региона
Энергия солнца. Результаты наблюдений на актинометрических станциях Кольского полуострова [3], свидетельствуют, что возможный годовой приход суммарной солнечной радиации составляет 650-850 кВт • ч / м2. По этому показателю Мурманская область уступает районам средней полосы и юга страны соответственно в 1,3 и 1,7 раза.
Максимум поступления солнечной энергии отмечается в летний период, когда наступают белые ночи и полярный день. Но нужно иметь в виду, что в условиях Заполярья имеется ряд трудностей, ограничивающих освоение этого источника энергии. В первую очередь, это минимум поступления солнечной энергии или ее полное отсутствие в зимние месяцы, когда потребность в энергии со стороны потребителей максимальна. Во-вторых, в северных широтах из-за активной циклонической деятельности число дней с ясной солнечной погодой сравнительно невелико. Поэтому применение солнечных энергоустановок на Кольском полуострове может найти ограниченное применение, главным образом для небольших удаленных потребителей энергии, испытывающих трудности с поставками жидкого топлива для работы традиционных энергетических установок.
Гидроэнергия малых рек. Потенциальные ресурсы малых рек Мурманской области оцениваются в 6,9 млрд кВт • ч [4]. Технические гидроэнергоресурсы малых рек составляют 4,4 млрд кВт • ч при возможной суммарной среднегодовой мощности малых ГЭС 516 МВт.
Проблема использования гидроэнергии малых рек не нова. В послевоенные годы в Мурманской области было построено несколько сельских малых ГЭС мощностью от 10 до 100 кВт, работавших на напорах от 2 до 6 м. В 1960-е гг. они были вытеснены более дешевыми по тем временам дизельными установками. В настоящее время из-за роста цен на органическое топливо интерес к использованию энергии малых рек существенно возрос.
В регионе имеется большое количество створов, пригодных для сооружения малых и микроГЭС. Но далеко не все из них располагаются вблизи потенциальных потребителей, поэтому значительная часть створов остается невостребованной. В настоящее время в Мурманской области найдется не более десятка населенных пунктов, расположенных вблизи устья рек, впадающих в Белое и Баренцево моря, где возможно сооружение малых ГЭС.
Энергия морских приливов. Кольский полуостров обладает значительными ресурсами приливной энергии. О возможностях их использования свидетельствует пятидесятилетний опыт эксплуатации Кислогубской приливной электростанции (ПЭС). В прибрежных районах Мурманской области имеется несколько площадок, где возможно сооружение ПЭС. В первую очередь, это створ в губе Долгой (западнее Териберки) для строительства Кольской ПЭС мощностью 12 МВт, а также створ в Лумбовском заливе Баренцева моря для возведения Лумбовской ПЭС мощностью до 670 МВт. В настоящее время, ввиду удаленности этих ПЭС, больших удельных капиталовложений и ряда других факторов, вопрос об их сооружении отодвинут на дальнюю перспективу.
Энергия морских волн. Морские волны накапливают в себе энергию ветра на значительном пространстве и тем самым являются природным концентратом энергии. Мощность, переносимая морскими волнами, пропорциональна периоду волны и квадрату ее амплитуды (высоты) [5]. Наибольший интерес представляют волны с большим периодом колебания (свыше 10 с) и амплитудой более 2 м. Недостатком волновой энергии является ее нестабильность во времени, зависимость от ледовой обстановки, сложность преобразования и передачи потребителю в суровых климатических условиях. Поэтому использование этого вида энергии вблизи побережья Кольского полуострова может рассматриваться лишь как дальняя перспектива.
Энергия ветра. Мурманская область располагает высоким потенциалом ветровой энергии, сосредоточенным, главным образом, в прибрежных районах Кольского полуострова [6]. Технические ветроэнергоресурсы региона оцениваются в 360 млрд кВт • ч при суммарной установленной мощности ветроэнергетических установок (ВЭУ) около 120 млн кВт. Это примерно в двадцать раз больше того, чем располагает в настоящее время Кольская электроэнергетическая система. Наиболее сильные и устойчивые ветры наблюдаются на северном побережье Кольского полуострова. Использование здесь хотя бы 1-2 % ресурсов ветра, самых доступных и выгодных (а это 3-7 млрд кВт • ч выработки в год и около 1-2 млн кВт мощности), может иметь большое значение.
В целом из всех рассмотренных нетрадиционных ВИЭ наибольший интерес на Кольском полуострове представляет ветровая энергия. Ветер распространен на обширных территориях и сам «транспортируется» к потребителю. Благоприятными предпосылками для использования ветровой энергии являются: 1) высокий потенциал ветра; 2) совпадение зимнего максимума интенсивности ветра с максимумом потребности в электрической и тепловой энергии со стороны потребителей;
3) взаимодополняющий характер сезонного поступления ветровой энергии и гидроэнергии рек;
4) наличие в Кольской энергосистеме 17 гидроэлектростанций суммарной мощностью более 1,5 млн кВт, позволяющих компенсировать неравномерность поступления энергии ветра и открывающих возможности для крупномасштабного (промышленного) освоения ветроэнергетических ресурсов.
Ветроэнергетический кадастр Кольского полуострова
Ветроэнергетический кадастр представляет собой совокупность характеристик ветра, позволяющих выявить его энергетическую ценность и определить возможные режимы работы ВЭУ.
К числу основных кадастровых характеристик ветра относятся [6]: среднегодовая скорость; годовой ход; повторяемость скоростей и направлений; максимальные скорости; удельная мощность и удельная энергия ветра; ветроэнергетические ресурсы района.
Основным источником исходных данных для разработки ветроэнергетического кадастра являются наблюдения за скоростью ветра на опорной сети гидрометеослужбы. Эти наблюдения, проводимые несколько раз в сутки, охватывают периоды в десятки лет и представляют собой обширнейший фактический материал. Их достоинством является то, что они проводятся по единой методике, а площадки производства наблюдений классифицированы по степени их открытости на местности.
Среднегодовые скорости ветра. Результаты обработки двадцатилетних рядов наблюдений за скоростью ветра по 37 метеорологическим станциям Кольского полуострова, полученные с учетом приведения их к сравнимым условиям, представлены на рис. 1.
По полученным среднегодовым скоростям ветра можно в первом приближении судить о перспективности применения ВЭУ. Только необходимо иметь в виду, что средние скорости зависят от рельефа местности, шероховатости поверхности, наличия затеняющих элементов, высоты над поверхностью земли. Поэтому для сопоставимости средних скоростей ветра их необходимо приводить к сравнимым условиям. За таковые можно, например, принять условия открытой, ровной местности и высоту 10 м от поверхности земли. Именно после такого приведения и представлены значения скоростей на рис. 1.
Анализ полученных данных позволяет заключить, что наибольшие скорости ветра наблюдаются в прибрежных районах Баренцева моря. На северном побережье Кольского полуострова они составляют 7-9 м / с, на южном — 4-6 м / с. Характерно, что потенциал ветра заметно снижается по мере удаления от береговой линии.
Годовой ход ветра. Он представляет собой (рис. 2) сезонное изменение среднемесячных скоростей ветра.
Наиболее ярко годовой ход ветра проявляется на северном побережье Кольского полуострова. Разница между зимним и летним минимумами среднемесячных скоростей ветра достигает 5-6 м / с, на южном побережье разница меньше — около 3 м / с. Повсеместно максимум скоростей ветра приходится на холодное время года и совпадает с сезонным пиком потребления тепловой и электрической энергии. Весьма существенно, что зимний максимум находится в противофазе с годовым стоком рек (кривая 5 на рис. 2), то есть ветровая и гидроэнергия удачно дополняют друг друга. Это создает благоприятные условия для их совместного использования.
Рис. 1. Средние многолетние скорости ветра (м / с) на высоте 10 м от поверхности земли в условиях открытой, ровной местности
Fig. 1. Average perennial wind speeds (m / s) at a height of 10 m from the surface of the earth in conditions of open, flat terrain
1> , м/с
M
-1-1-1-1-1-1-II)-1-1-1—
VII VIII IX X XI XII I II III IV V VI VII
месяцы
Рис. 2. Годовой ход среднемесячных скоростей ветра на островах (1) и побережье (2) Баренцева моря,
на побережье Белого моря (3) и в Хибинских горах (4), а также сезонное изменение стока рек региона (5):
1 — метеостанция острова Харлов; 2 — «Дальние Зеленцы»; 3 — «Чаваньга»; 4 — «Центральная»
Fig. 2. The annual course of the average monthly wind speeds on the islands (1) and the coast (2) of the Barents Sea,
on the coast of the White Sea (3) and in the Khibiny Mountains (4), as well as seasonal changes in the flow
of rivers in the region (5):
1 — weather station of Kharlov Island; 2 — Dal'niye Zelentsy; 3 — Chavan'ga; 4 — Centralnaja © Минин В. А., 2022
Повторяемость скоростей ветра показывает, какую часть времени в течение рассматриваемого периода, например года, дули ветры с той или иной скоростью. Обычно выполняется аппроксимация (выравнивание) эмпирической повторяемости с помощью различных аналитических зависимостей. Большое распространение получило двухпараметрическое уравнение Вейбулла [2, 7]. На рис. 3 показаны аналитические кривые повторяемости скоростей ветра согласно этому уравнению в условиях Кольского полуострова при различных значениях среднегодовой скорости (от 4 до 12 м / с).
и. м/с
Рис. 3. Кривые повторяемости скоростей ветра при его различных среднегодовых скоростях Fig. 3. The curves of the repeatability of wind speeds at different average annual wind speeds
Повторяемость направлений ветра показывает, какую часть времени в течение рассматриваемого периода (месяца, года) дули ветры того или иного направления. Правильный учет направлений ветра играет важную роль в определении оптимального расположения ветроустановок на местности.
В ходе выполнения исследований было выявлено, что в зависимости от времени года роза ветров и господствующее направление ветра претерпевают существенные изменения. В зимние месяцы (октябрь — март) на ветры юго-западной четверти может приходиться до 70-90 % времени. Преобладание ветров этих направлений является подавляющим. Наличие господствующих направлений ветра позволяет более компактно размещать на местности крупные ветроэнергетические комплексы (ветропарки).
Максимальные скорости ветра. На Кольском полуострове наибольшие скорости ветра наблюдаются на северном побережье Баренцева моря и в Хибинских горах. Здесь один раз в десять лет в трехсекундном порыве максимальные скорости на высоте 10 м могут достигать 45-48 м / с. На высоте 100 м один раз в десять лет может наблюдаться скорость ветра в порыве, равная 49-50 м / с.
Ветроэнергетические ресурсы региона. Обычно рассматривают потенциальные, технические и экономические ресурсы. Под потенциальными ресурсами ветра понимается суммарная энергия движения воздушных масс, перемещающихся за год над данной территорией. Под техническими ресурсами понимается та часть потенциальных, которая может быть использована с помощью имеющихся технических средств. При этом учитываются неизбежные потери. Согласно теории идеального ветроколеса Н. Е. Жуковского в полезную работу может быть преобразована только часть энергии, проходящей через сечение ветроколеса, определяемая максимальным коэффициентом использования энергии ветра ^max = 0,593. В настоящее время у лучших образцов ветротурбин этот параметр достигает значений 0,45-0,48.
Расчеты технических ветроэнергоресурсов Кольского полуострова были выполнены по зонам, в которых средняя многолетняя скорость ветра на высоте 10 м (рис. 2) составляла: в первой зоне — более 7 м / с, во второй — 6-7 м / с, в третьей — 5-6 м / с, в четвертой — 4-5 м / с. Расчетная скорость ветра (при которой ВЭУ развивает номинальную мощность) повсеместно выбиралась, исходя из обеспечения 3000 часов использования в году установленной мощности ВЭУ. Расчеты показали [6], что если в указанных зонах построить сплошной «лес» ветроустановок, расположенных на расстоянии 10 диаметров ветроколеса друг от друга, то суммарная установленная мощность ВЭУ составит около 120 млн кВт, а годовая выработка электроэнергии (технические ветроэнергоресурсы) — около 360 млрд кВт • ч.
Представленная оценка свидетельствует об огромных ресурсах ветровой энергии на Кольском полуострове, они на порядок превосходят потребности региона на сегодняшний день (12-13 млрд кВт • ч). Постановка задачи об использовании доступной части этих ресурсов и вовлечении их в хозяйственный оборот, безусловно, заслуживает внимания.
Возможные направления использования ветровой энергии
Электроснабжение удаленных децентрализованных потребителей. Основная часть промышленных предприятий, городов и поселков Мурманской области получает электроэнергию от Кольской энергетической системы. Малые удаленные изолированные потребители (отдельные поселки и села, метеостанции, маяки, пограничные заставы, объекты Северного флота и др.) получают электроэнергию от автономных дизельных электростанций (ДЭС). Мощность последних составляет от 8-16 до 300-500 кВт. Общее число таких электростанций исчисляется десятками.
Работа ДЭС связана с потреблением достаточно дорогого дизельного топлива. Из-за удаленности и плохих транспортных связей затраты на топливо возрастают в прибрежных районах Кольского полуострова на 30-70 %, а в труднодоступных районах материковой части — на 150-200 %.
В этих условиях применение ВЭУ может способствовать экономии дорогостоящего топлива. Как показали расчеты, при благоприятных ветровых условиях ВЭУ может вытеснить до 30-50 %, а в наиболее ветреных районах даже до 60-70 % дефицитного органического топлива, что в конечном счете будет способствовать снижению суммарных затрат и себестоимости вырабатываемой электрической энергии.
Участие ВЭУ в теплоснабжении потребителей. Благоприятными предпосылками для такого использования ВЭУ являются следующие факторы: 1) совпадение зимнего максимума потребности в тепловой энергии со стороны потребителя с сезонным максимумом поступления ветровой энергии; 2) применение ВЭУ может превратить ветер из климатического фактора, определяющего рост теплопотерь (рис. 4), в полноценный источник энергии, обеспечивающий именно в ветреные периоды активное поступление энергии на нужды отопления; 3) при вовлечении энергии ветра на нужды отопления не обязательны высокие требования (по частоте, напряжению) к энергии, вырабатываемой ВЭУ; 4) при использовании ВЭУ для теплоснабжения некритичным становится непостоянство ветра во времени.
kv
2,0
1,8 1,6 1.4 1,2 1,0
О 4 8 12 16 20
V, м / с
Рис.4. Относительное увеличение теплопотерь здания от скорости ветра Fig. 4. The relative increase in the heat loss of the building from the wind speed
Кратковременные изменения мощности ВЭУ могут сглаживаться за счет аккумулирующей способности теплоносителя и системы теплоснабжения, а более продолжительные — за счет аккумулирующей способности отапливаемых зданий, а также за счет применения тепловых аккумуляторов или дублирующих источников тепла на органическом топливе.
С учетом ветра потребность здания в тепловой энергии определяется выражением:
Q = дБку ^ - (1)
где д — удельная тепловая характеристика здания, кВт / м3 • град; Б — наружный объем отапливаемого здания, м3; ку — коэффициент, учитывающий рост теплопотерь от ветра (рис. 4); tв и Ы — внутренняя и наружная температура воздуха, °С.
Наружный объем и тепловая характеристика здания являются величинами постоянными, поэтому потребление тепла зависит главным образом от перепада внутренней и наружной температур Дt = tв - ^ и от поправки на ветер, учитываемой коэффициентом ку.
Если наряду с котельной для отопления использовать ветроустановку соизмеримой мощности, то часть графика отопительной нагрузки будет покрываться от ВЭУ, а остальная — от котельной. В периоды с сильным ветром ВЭУ может в значительной мере или полностью обеспечить потребности в тепле, а иногда даже создать избыток энергии. Зато в периоды холодной маловетреной погоды почти вся нагрузка ложится на котельную.
Все сказанное можно проследить по рис. 5, на котором представлен фрагмент хронологического хода возможного участия ВЭУ в покрытии графика отопительной нагрузки. Кривая 2 с черными точками представляет собой график потребности в тепловой энергии при отсутствии ветра для поддержания температуры внутри помещения tв = +20 Если учесть влияние ветра, то реальный график теплопотребления будет выше, на рис. 5 он обозначен жирной ступенчатой линией 1. На деле редко предложение со стороны ВЭУ (зона 3) будет точно совпадать с потребностью со стороны потребителя. Чаще будет так, что либо выработка ВЭУ будет превышать потребности и создавать избытки энергии (зона 5), либо ее будет не хватать для полного покрытия потребностей и придется часть графика нагрузки (зона 4) покрывать за счет другого источника, например котельной.
Рис. 5. График отопительной нагрузки здания на полигоне Кольского научного центра Российской академии наук на побережье Баренцева моря:
1 — график нагрузки с учетом ветра; 2 — график нагрузки без учета ветра; 3 — энергия, вырабатываемая ВЭУ; 4 - энергия, вырабатываемая котельной; 5 — избыточная энергия ВЭУ
Fig. 5. Diagram of the heating load of a building at the Kola Scientific Center of the Russian Academy of Sciences test site on the Barents Sea coast:
1 — load schedule taking into account the wind; 2 — load schedule without taking into account the wind; 3 — the energy generated by the wind turbine; 4 — the energy generated by the boiler house; 5 — the excess energy of the wind turbine
Доля а'1 участия ветроустановки в теплоснабжении потребителя определится как отношение полезно использованной выработки ВЭУ, вписавшейся в график отопительной нагрузки, ко всему объему теплопотребления. Синхронная обработка двухлетних данных о температуре наружного воздуха (а значит, о потребности в тепле) и о ветре (предложение со стороны ВЭУ) показали, что доля ат зависит от мощности ветроустановки ^вэу, ветровых условий (среднегодовой скорости ветра V ), технической характеристики ВЭУ (расчетной скорости Ур, при которой ВЭУ развивает номинальную мощность ^вэу), соотношения мощностей ВЭУ и котельной фт = Ывэу / Nk).
Аналитически зависимость аТ от указанных факторов аппроксимируется выражением:
aT = 1 -
Г V л 2
exp 3,2 г Vp V в1
(2)
Графическая иллюстрация зависимости (2) представлена на рис. 6. Из нее следует, что при прочих равных условиях увеличение мощности ВЭУ (параметра рт) ведет к увеличению аТ, но этот процесс быстро насыщается. Расчеты, выполненные применительно к ветровым условиям побережья Баренцева моря, показали, что оптимальной является мощность ВЭУ около 0,6-0,8 от мощности котельной. При этом ВЭУ в состоянии вытеснить 50-70 % органического топлива, расходуемого котельной.
Рис. 6. Зависимость доли участия ВЭУ в покрытии графика тепловой нагрузки от соотношения мощностей
вт = N / N
в ВЭУ ' Nk
Fig. 6. Dependence of the share of wind turbines in the coverage of the heat load schedule on the ratio of capacities
вт = ^y / NK
Эффект от использования энергии ветра на нужды отопления может быть повышен за счет применения теплоаккумулирующих устройств, которые позволяют не сбрасывать вхолостую появляющиеся периодически избытки ветровой энергии, а запасать их и в нужное время полезно использовать. В результате участие ВЭУ в покрытии графика отопительной нагрузки увеличивается на 10-25 %. Аккумулирование теплоты позволяет гораздо реже включать в работу котельную. Это способствует упрощению обслуживания системы теплоснабжения и снижению эксплуатационных расходов.
Крупномасштабное использование ВЭУ в составе энергосистемы. Системную ветроэнергетику целесообразно развивать в первую очередь там, где высок потенциал ветра, имеются дороги для доставки ВЭУ, есть выход для выдачи энергии в энергосистему. Предпочтительно, чтобы такой район был вблизи действующих гидроэлектростанций. В Мурманской области этим требованиям отвечает,
1
например, район, охватывающий Серебрянские и Териберские ГЭС (рис. 7). Это четырехугольник со сторонами примерно 40 х 40 км, в вершинах которого расположены поселки Териберка и Дальние Зеленцы, Серебрянская ГЭС-1 и развилка автодороги из Мурманска (81-й км) в направлении поселков Териберка и Туманный. Расчеты показывают, что если на 3 % охватываемой площади разместить ВЭУ, то их суммарная мощность может составить около 500 МВт.
На рисунке 7 представлены четыре площадки для сооружения ветропарков. Выдача энергии от ветропарков возможна по существующим линиям электропередачи (ЛЭП) напряжением 150 и 330 кВ. Во избежание перегрузки ЛЭП выдача энергии может осуществляться в компенсационном режиме, то есть со снижением мощности ГЭС при устойчивом сильном ветре. Благодаря этому в водохранилище может накапливаться дополнительный запас воды, линии электропередачи не перегружаются, а система «ветропарки + ГЭС» приобретет более базисные эксплуатационные характеристики. При этом равномерность загрузки ЛЭП возрастет, что приведет к увеличению их экономической эффективности.
Рис. 7. Первоочередные ветропарки вблизи Серебрянских и Териберских ГЭС
Fig. 7. Priority wind farms near the Serebryansky and Teribersky hydroelectric power stations
Представленная на рис. 7 площадка 1 располагается вблизи поселка Лодейное на открытой местности с высотными отметками около 20 м над уровнем моря. Здесь может быть сооружен ветропарк мощностью около 10 МВт. Площадка находится в 8 км от Нижне-Териберской ГЭС мощностью 26 МВт.
Площадка 2 на берегу Верхне-Териберского водохранилища расположена на открытой местности с высотными отметками 150-170 м над уровнем моря, вблизи благоустроенной автомобильной дороги и станционных сооружений Верхне-Териберской ГЭС (130 МВт). Предлагаемая мощность ветропарка
Площадка 3 в районе поселка Туманный находится вблизи Нижне-Серебрянской ГЭС (156 МВт). Здесь на открытой местности может быть сооружен ветропарк мощностью 50 МВт. Близкое расположение к подстанции ГЭС делает удобной выдачу мощности ветропарка в энергосистему.
Площадка 4 — в районе 81 -го км автодороги Мурманск — Териберка. Она удалена от Баренцева моря на 30 км, имеет высотные отметки 200-240 м над уровнем моря. Мощность ветропарка может составить около 200 МВт. Энергия может выдаваться на подстанцию Верхне-Серебрянской ГЭС (205 МВт).
К последней площадке проявила интерес компания ПАО «Энел Россия», которая в 2017 г. выиграла тендер на сооружение здесь Кольской ВЭС мощностью 201 МВт. Объем инвестиций, необходимых для реализации проекта, составит около 270 млн евро. Выработка электроэнергии ветропарка — 750 млн кВт • ч в год, срок окупаемости — около 10-14 лет. Правительство Мурманской области и ПАО «Энел Россия» в конце 2018 г. заключили соглашение о сотрудничестве в реализации этого инвестиционного проекта. В настоящее время ветропарк находится в стадии строительства.
15-20 МВт.
Заключение
Развитие энергетики Мурманской области долгие годы происходило за счет последовательного освоения гидроэнергетических ресурсов, использования привозного топлива на ТЭЦ и котельных, а также ядерного горючего на Кольской атомной электростанции. Дальнейшее функционирование энергетики региона определяется состоявшимся продлением сроков эксплуатации блоков Кольской атомной электростанции (до шестидесяти лет), продолжением эксплуатации действующих 17 гидроэлектростанций и двух ТЭЦ. Вместе с тем область располагает широким набором нетрадиционных ВИЭ (энергией солнца, ветра, малых рек, морских приливов, волн и др.), которые в определенных условиях могут существенно дополнить традиционные источники энергии и принести весомый энергетический эффект.
Исследования показали, что использование солнечной энергии в заполярных широтах затруднено из-за низкого уровня поступления солнечной энергии, особенно в зимние месяцы. В области имеется опыт эксплуатации Кислогубской ПЭС и разработаны проекты сооружения Северной ПЭС (12 МВт) и Лумбовской ПЭС (от 320 до 670 МВт). Но пока реализация этих объектов отодвинута на дальнюю перспективу.
Более перспективным для Мурманской области является освоение гидроэнергии малых рек. В настоящее время из-за роста цен на топливо интерес к этому энергоресурсу существенно возрос, особенно со стороны прибрежных потребителей, расположенных недалеко от перспективных створов.
В целом из всех имеющихся в регионе ВИЭ наибольшие перспективы для практического использования имеет ветровая энергия. Технические ветроэнергоресурсы региона оцениваются в 360 млрд кВт • ч при суммарной установленной мощности ВЭУ около 120 млн кВт. Наиболее сильные и устойчивые ветры наблюдаются в прибрежных районах. Здесь среднегодовые скорости ветра на высоте 10 м составляют 5-8 м / с, число часов использования в году установленной мощности ВЭУ достигает 3000 часов и более.
В числе основных направлений использования ветровой энергии на Кольском полуострове можно назвать применение ВЭУ для энергоснабжения удаленных изолированных потребителей, участие ВЭУ в теплоснабжении потребителей, крупномасштабное применение ВЭУ (ветровых парков) в составе энергосистемы.
Последнее направление открывает возможности для вписывания огромных ресурсов ветра в топливно-энергетический баланс региона. Предложены первоочередные площадки для сооружения ветропарков недалеко от действующих гидроэлектростанций. В 2021 г. на одной из них уже завершилось строительство Мурманской ВЭС мощностью 201 МВт.
Список источников
1. Фортов В. Е., Попель О. С. Энергетика в современном мире. Долгопрудный: Издательский дом «Интеллект», 2011. 168 с.
2. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии в России / П. П. Безруких, Г. А. Борисов, В. И. Виссарионов и др. СПб.: Наука, 2002. 314 с.
3. Справочник по климату СССР. Вып. 2, ч. 1. Солнечная радиация, радиационный баланс и солнечное сияние. Л.: Гидрометеоиздат, 1966. 62 с.
4. Дмитриев Г. С., Минин В. А. Гидроэнергетический потенциал малых рек Мурманской области // Энергия: экономика, техника, экология. 2008. № 8. С. 15-22.
5. Сичкарев В. И., Акуличев В. А. Волновые энергетические станции в океане. М.: Наука, 1989. 132 с.
6. Зубарев В. В., Минин В. А. Степанов И. Р. Использование энергии ветра в районах Севера. Л.: Наука, 1989. 208 с.
7. Рекомендации по определению климатических характеристик ветроэнергетических ресурсов. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 80 с.
References
1. Fortov V. E., Popel' O. S. Jenergetika v sovremennom mire [Energy in the modern world]. Dolgoprudnyj, Izdatel'skij Dom "Intellekt", 2011, 168 p. (In Russ.).
2. Bezrukih P. P., Borisov G. A., Vissarionov V. I., Evdokimov V. M., Malinin N. K., Ogorodov N. V., Puzakov N. V., Sidorenko G. I., Shpak A. A. Resursy i jeffektivnost' ispol'zovanija vozobnovljaemyh istochnikov jenergii v Rossii [Resources and efficiency of renewable energy sources in Russia]. Saint Petersburg, Nauka, 2002, 314 p. (In Russ.).
3. Spravochnik po klimatu SSSR. Vyp. 2, ch.1. Solnechnaja radiacija, radiacionnyj balans i solnechnoe sijanie [Handbook of the USSR climate. Issue 2, Part 1. Solar radiation, radiation balance and sunshine]. Leningrad, Gidrometeoizdat, 1966, 62 p. (In Russ.).
4. Dmitriev G. S., Minin V. A. Gidrojenergeticheskij potencial malyh rek Murmanskoj oblasti [Hydropower potential of small rivers of the Murmansk region]. Jenergija: jekonomika, tehnika, jekologija [Energy: Economics, Technology, Ecology], 2008, no. 8, pp. 15-22. (In Russ.).
5. Sichkarev V. I., Akulichev V. A. Volnovye jenergeticheskie stancii v okeane [Wave power stations in the ocean]. Moscow, Nauka, 1989, 132 p. (In Russ.).
6. Zubarev V. V., Minin V. A. Stepanov I. R. Ispol'zovanie jenergii vetra v rajonah Severa [The use of wind energy in the North]. Leningrad, Nauka, 1989, 208 p. (In Russ.).
7. Rekomendacii po opredeleniju klimaticheskih harakteristik vetrojenergeticheskih resursov [Recommendations for determining the climatic characteristics of wind energy resources]. Leningrad, Gidrometeoizdat, 1989, 80 p. (In Russ.).
Информация об авторе
В. А. Минин — кандидат технических наук, заведующий лабораторией.
Information about the author
V. A. Minin — PhD (Engineering), Head of Laboratory.
Статья поступила в редакцию 15.09.2022; одобрена после рецензирования 20.09.2022; принята к публикации 08.10.2022.
The article was submitted 15.09.2022; approved after reviewing 20.09.2022; accepted for publication 08.10.2022.
