Статья поступила в редакцию 27.03.14. Ред. рег. № 1961
The article has entered in publishing office 27.03.14. Ed. reg. No. 1961
УДК 620.91
ОБ ОСОБЕННОСТЯХ РАЗВИТИЯ ТЕОРИИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ В РОССИИ
И.М. Кирпичникова, И.Г. Топольская, Д.В. Топольский
Южно-Уральский государственный университет
454080 Челябинск, пр. Ленина, д. 76 Тел./факс: (351) 267-98-94; e-mail: ionkim@mail.ru
Заключение совета рецензентов: 02.04.14 Заключение совета экспертов: 07.04.14 Принято к публикации: 12.04.14
В этой статье речь идет о проблемах и предпосылках развития в России теории моделирования возобновляемых источников энергии.
Ключевые слова: энергосберегающие технологии, альтернативная энергетика, возобновляемые источники энергии, математическое моделирование.
ABOUT THE FEATURES OF DEVELOPMENT OF THE MODELING THEORY OF RENEWABLE ENERGY SOURCES IN RUSSIA
I.M. Kirpichnikova, I.G. Topolskaya, D.V. Topolsky
South Ural State University 76 Lenin str., Chelyabinsk, 454080, Russia Tel./fax: (351) 267-98-94; e-mail: ionkim@mail.ru
Referred: 02.04.14 Expertise: 07.04.14 Accepted: 12.04.14 In this article we are talking about the problems and background of theory of modeling renewable energy in Russia. Keywords: alternative power supply, renewable energy sources, power saving technologies, mathematic modeling.
Введение
Возобновляемая энергетика в мире стремительно развивается. Только по прогнозам Евросоюза из общего потребления электроэнергии 1179,5 млн т н.э. в 2020 г. потребление за счет ВИЭ составит 244,5 млн т н.э., т.е. превзойдет поставленные цели в 20%. Основное преимущество возобновляемых источников энергии - их неисчерпаемость и экологическая чистота, поэтому их использование в мире постоянно увеличивается.
Эффективность и, как следствие, экономическую рентабельность использования возобновляемых источников энергии можно повысить за счет применения наиболее удачных схемных решений и обобщения полученных результатов методами математического моделирования, что позволит улучшить уровень проектирования и разработок систем энергоснабжения на основе ВИЭ, а также проведения анализа, синтеза и оптимизации этих систем в каждом конкретном случае.
Изучение теории моделирования в учебных курсах электротехнических дисциплин, преподаваемых
в университетах, целесообразно и своевременно, т.к. будет способствовать подготовке высококвалифицированных кадров в области энергетики с использованием экологически чистых источников энергии.
Потенциал возобновляемой энергетики России
Россия является одной из ведущих энергетических стран мира. Она не только полностью обеспечивает свои внутренние потребности в топливе и энергии, но и в значительной степени покрывает своими ресурсами спрос на энергоносители многих стран Восточной и Центральной Европы. По экспертным оценкам, в недрах России сосредоточено до 40% мировых запасов угля, 13% запасов нефти и около 30% запасов угля [1].
Основная часть населения России обеспечивается тепловой и электрической энергией именно за счет сжигания этих энергоносителей посредством единой энергетической системы (рисунок). Однако, как видно из рисунка, значительная часть территории (70%), на которой проживает более 10 млн человек, не охвачена централизованным электроснабжением.
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 05 (145) 2014 © Научно-технический центр «TATA», 2014
Единая энергетическая система России Unified Energy System of Russia
Вместе с тем именно на этой территории возможно строительство жилых и производственных объектов с локализацией малых мощностей на удаленном расстоянии от существующих линий электропередач (ЛЭП). В виде локальных источников энергии на территории России могут быть использованы ветроэнергетические установки (ВЭУ), малые гидроэнергетические установки (МГЭС), солнечные электростанции (СЭС), биогазовые заводы (БГЗ) и другие. Особый интерес они могут представлять для энергоснабжения отдельно стоящих автономных объектов агропромышленного сектора (АПК), пограничных и неосвоенных территорий.
Территория России характеризуется большим разнообразием ландшафтных, геологических и климатических зон, что дает широкие возможности по производству электрической и тепловой энергии с использованием всего спектра ВИЭ.
По существующим оценкам, технический ресурс возобновляемых источников энергии, преобладающую долю в котором имеет потенциал использования энергии солнца и ветра, составляет не менее 4,5 млрд тонн условного топлива в год, что более чем в 4 раза превышает объем потребления всех топливно-энергетических ресурсов России. Экономический потенциал ВИЭ зависит от существующих экономических условий, стоимости, наличия и качества запасов ископаемых топливно-энергетических ресурсов, а также региональных особенностей.
Например, север РФ по своим ветровым параметрам идеально подходит для внедрения ВЭУ практически любой мощности в соответствующем северном
исполнении. В центральной полосе России, где характерны слабые и умеренные ветра, внедрение ВЭУ малой, сверхмалой мощности, а также микроВЭУ является экономически выгодным мероприятием, не требующим больших бюджетных затрат.
Обеспечить полным или частичным энергоснабжением небольшие поселки, жилые объекты, фермы, офисные помещения или небольшие цеха с целью развития инфраструктуры в южных районах России могут солнечные электростанции и установки с использованием биомассы в качестве сырья для производства биотоплива.
В горных районах Алтая, в восточной Сибири и других удаленных территориях страны с обилием малых рек целесообразно строительство малых ГЭС. В прибрежных районах Дальнего Востока и севера России перспективным является строительство приливных электростанций. Камчатка и Курильские острова относятся к наиболее «горячим точкам» планеты, и эксплуатация там геотермальных ТЭС не только эффективна, но и является единственно оправданным источником энергии [2].
Состояние и перспективы развития
Начиная с 2008 г. профильными министерствами и ведомствами РФ проводилась активная работа по подготовке правового базиса развития ВИЭ. В начале 2009 г. вышло распоряжение правительства РФ [3], согласно которому к 2020 г. планируется до 20% электропотребления в России покрыть за счет ВИЭ, из них до 4,5% - за счет биологических, геотермаль-
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 05 (145) 2014
© Scientific Technical Centre «TATA», 2014
ных, ветровых, солнечных ресурсов и малой гидроэнергетики. При этом выбросы углекислого газа в атмосферу за счет сжигания органического топлива сократятся на 36 млн тонн в год.
Для России, традиционно ориентированной на топливные технологии производства энергии, это является революционным шагом. При наличии правовой и экономической поддержки со стороны государства возобновляемая энергетика России в перспективе может стать важнейшим энергетическим сектором страны с реальным вкладом в суммарное производство тепловой и электрической энергии.
Достижение цели в 4,5% потребует введения 14,7 ГВт новых установленных мощностей на базе использования возобновляемой энергии.
В 2009 г. выработка электроэнергии установками ВИЭ составляла около 8,9 млрд кВт-ч (таблица). Наиболее значимыми производителями энергии являются малые гидроэлектростанции (37%), геотермальные (5%) и установки на основе использования биомассы (в основном побочных продуктов бумажной и лесной промышленности) (57%). Общая установленная мощность установок возобновляемой энергетики сейчас составляет 2249 МВт.
Выработка электроэнергии установками ВИЭ в 2009 г.
Summary of the renewable production in 2009
Тип ВИЭ Кол-во станций Мощность, МВт Выработка, млн кВт-ч
ВЭС 10 15 26
МГЭС* 90 750 3285
ГеоТЭС 5 82 474
СЭС 0 0 0
ПЭС 1 1,7 1,2
БиоТЭС** 40 1400 5140
Все ВИЭ 146 2249 8926
при учете гидроэлектростанции установленной мощностью более 1 МВт.
с долей биомассы в общем объеме топлива - 51,4%
Программа модернизации энергетического сектора экономики России будет проходить в два этапа. На первом этапе (до 2015 г.) основными источниками энергии станут малые ГЭС, геотермальные электростанции и установки на основе использования биомассы. На втором этапе (2015-2020) возрастет доля ветроэнергетических станций (16%) [4].
В связи с развитием технологий использования ВИЭ, прежде всего повсеместно доступной солнечной и ветровой энергии, все более широкое применение находят автономные системы локального энергообеспечения. Потребителями таких систем являются как малые потребители (частные дома, дачи, коттеджи), так и муниципальные образования с
целью энергопитания наружного освещения, светофоров, дорожных знаков, парковочных автоматов и т.п., оснащенных, как правило, электрохимическими аккумуляторами.
Ключевой задачей при разработке или выборе на рынке той или иной системы автономного энергопитания является определение места расположения установки, ее оптимальной конструкции, конфигурации и состава системы электропитания с учетом климатических условий района предполагаемой эксплуатации, а также особенностей нагрузки. Система электропитания должна обеспечивать высокий показатель гарантированности энергоснабжения рассматриваемого потребителя, иметь приемлемые размеры и стоимость, высокую надежность, продолжительный срок службы при минимальных затратах на обслуживание. Соответствие перечисленным требованиям должно обеспечивать конкурентоспособность таких систем по сравнению с традиционными техническими решениями - прокладкой протяженных кабельных линий или, в случае отсутствия электрических сетей, автономным электропитанием от бензиновых, газовых и дизельных электрогенераторов.
Факторы, сдерживающие внедрение ВИЭ в Российской Федерации
Несмотря на экономическую и экологическую очевидность внедрения возобновляемых источников энергии в структуру энергетики России, полномасштабному развитию этого направления мешают следующие барьеры:
- отсутствие конкурентоспособности по отношению к традиционным видам ископаемого топлива в текущих рыночных условиях;
- институциональные и норм
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.