Энергетический комплекс России находится в ужасном состоянии. Оборудование на предприятиях подходит к своим срокам эксплуатации, а в некоторых случаях эксплуатируется и после этого срока. Сбои в энергоснабжении происходят все чаще, достаточно вспомнить длительные по времени и огромные по масштабу отключения электричества в Казани и Санкт-Петербурге в августе 2010 года.
Российская электроэнергетика сейчас подошла вплотную к той границе, когда нужно сделать выбор: либо продолжать развитие на основе старых и давно испытанных технологиях, привнося в них небольшие модернизационные изменения, либо совершить инновационный прорыв. Сделать это стоит только потому, что новых технологий как таковых не появлялось многие годы. Именно поэтому государство выступает с инициативами по законодательному закреплению расходов на НИОКР, а энергокомпании активно обсуждают свои программы инновационного развития.
Разумной идеей и вектором развития могут стать ВИЭ — возобновляемые источники энергии. В целом, территория РФ пригодна для использования ВИЭ, таких как ветроэнергетика.
Ветроэнергетика
Энергетические ветровые зоны в нашей стране расположены, в основном, на побережье и островах Северного Ледовитого океана от Кольского полуострова до Камчатки, в районах Нижней/Средней Волги и Каспийского моря, на побережье Охотского, Баренцева, Балтийского, Черного и Азовского морей. Отдельные ветровые зоны расположены в Карелии, на Алтае, в Туве, на Байкале.
Максимальная средняя скорость ветра в этих районах сконцентрирована в осенне-зимний период — период наибольшей потребности в электроэнергии и тепле у потребителей. Около 30 % экономического потенциала ветроэнергетики содержится в районе Дальнего Востока, 14 % — в Северном экономическом районе, около 16 % — в Западной и Восточной Сибири.
По оценкам российских и иностранных аналитиков, валовой ветровой потенциал РФ составляет 80∙1015 кВт.ч/год, экономический ветровой потенциал — 40∙109 кВт.ч/год, технический ветровой потенциал — 6,2∙1015 кВт.ч/год,
70 % территории России, на которой проживает 10 % населения всей страны, находятся в зонах децентрализованного энергоснабжения. Эти зоны практически совпадают с зонами потенциально реализуемого потенциала энергии ветра (Камчатка, Чукотка, Магаданская область, Сахалин, Якутия, Таймыр и др.). Таким образом, использование ветряных энергетических установок для обеспечения электроэнергией потребителей становится довольно актуальной проблемой для реализации.
Запасы исчерпаемых природных топливных ресурсов, таких как нефть, природный газ, каменный уголь, резко сокращаются, а также использование их в энергетике приносит огромный урон природе. По расчетам аналитиков, при нынешнем потреблении и использовании нефти и газа в качестве топлива, их хватит приблизительно на 100 лет, а угля около 400–500 лет. Ввиду этого, человечеству необходимо освоить регенеративные источники энергии для снижения использования исчерпаемых топливных ресурсов.
В настоящее время разработана ветроэнергетическая установка с концентратором ветровой энергии, способная эффективно работать в регионах с относительно низким уровнем ветровой энергии.
В Омской области средняя скорость ветра не превышает 3–4 м/с, поэтому все существующие ВЭУ, которые разработаны для 10 м/с, способны вырабатывать максимум 10–15 % от своей заявленной мощности. В новой ВЭУ работа ускоряется в 2–2,5 раза, что позволяет применять ее в Омске, Новосибирске и практически по всей центральной территории России, где скорость ветра недостаточна для работы зарубежных ВЭУ.
В настоящее время построены и действуют на немецком и датском оборудовании Маркинская ВЭС (АО «Ростовэнерго»), ВЭС на о.Беринга (АО «Камчатэнерго») и Куликовская ВЭС (АО «Янтарьэнерго»).
Таблица 1
|
Название |
Мощность (МВт) |
|
Воркутинская ВЭС |
1,5 |
|
Калмыцкая ВЭС |
1 |
|
Маркинская ВЭС |
0,3 |
|
Куликовская ВЭС |
5,4 |
|
ВЭС на о. Беринга |
1,2 |
|
Башкирская ВЭС |
2,2 |
|
Анадырьская ВЭС |
2,5 |
В странах с достаточно развитой ветроэнергетикой принят ряд мер, стимулирующих работы в этом направлении. В Германии, США, Дании, Испании введена обязательность покупки для энергосистемы энергии ВЭС в режиме естественного ветра. В Германии, США, Испании, Индии, Нидерландах, Англии существуют налоговые льготы на производство
Рис. 1. Распределение суммарной солнечной радиации в России
оборудования и создание ВЭС, государственные и региональные инвестиции в создание новых типов оборудования и создание ВЭС, государственные гарантии для инвесторов. В РФ же такого опыта пока не наблюдается. [1]
Использование энергии солнца
В настоящее время различают 2 наиболее популярный способа преобразования солнечной энергии: фотовольтаика и гелиотермальная энергетика. Фотовольтаическая система уникальный вид получения электричества, посредством попадания дневного света на панели.
Принцип выработки электричества основан на Фотовольтаическом эффекте. То есть, при пробивание светом поверхность вещества, электроды начинают перемещаться между анодом и катодом внутри панели. Как правило, панели состоят из нескольких слоёв полупроводниковых материалов. Чем больше концентрация света, тем больше выработка электричества. Данный вид выработки электричества применяется в автономной системе энергоснабжения на основании солнечных батарей. [2]
Из новых разработок в области солнечной энергетики можно выделить производство солнечных батарей на основе полупроводниковых гетероструктурах. Их производство началось в 2016 году. Разработчики обещают, что КПД таких панелей будет в два раза выше существующих, а стоимость — в два раза меньше среднестатистических батарей на рынке. В разработке концепции принимал участие Жорес Иванович Алфёров, российский лауреат Нобелевской премии по физике, полученной за разработку полупроводниковых гетероструктур.
Заведующий лабораторией физико-химических свойств полупроводников Физико-технического института им. А. Ф. Йоффе (ФТИ РАН), Евгений Теруков, рассказал, что данное изобретение станет основой второго поколения научно-исследовательских опытно-конструкторских работ для массового производства российских солнечных батарей.
Снижение цены на стоимость данных солнечных батарей связано с тем, что Китай обвалил рынок кремния, тем самым снизив его цену с 200 до 20 долларов. Цена кремния стала равна цене стекла, а это является огромным плюсом для производства, так как кремний является основным компонентом для данных солнечных батарей на основе полупроводниковых гетероструктур.
Рис. 2. Демонстрация солнечной панели
По словам того же Терукова, при текущих технологиях изготовления солнечных панелей тонкий слой кремния наносится на стеклянную подложку. КПД получающейся солнечной панели будет около 10–12 %, и при сроке службы в 20–25 лет и гарантии в 20 лет она окупается за 10–12 лет. Если заменить стекло на кристаллический кремний с применением полупроводниковых гетероструктур, разработанных Алферовым, то стоимость изготовления панели уменьшается в два раза, а КПД — вдвое увеличивается. В итоге экономическая эффективность панели возрастает практически в 4 раза.
Помимо отечественных разработок сейчас набирает оборот разработка главы компаний Tesla Motors и SpaseX Илона Маска. Он представил солнечные батареи, которые интегрированы в крышу дома. Выглядит это следующим образом: высокоэффективная солнечная панель покрывается специальной пленкой, маскирующей солнечную панель под цвет черепицы крыши дома, которая в свою очередь покрывается защитным закаленным стеклом, не мешающим попаданию солнечных лучей на солнечную панель, расположенную ниже под слоем маскирующей пленки. Также было представлено четыре различных варианта внешнего вида этих солнечных панелей.
Рис. 3. Вариации солнечных батарей
Стоимость такой «солнечной крыши» равна или даже меньше стоимости обыкновенной кровли для крыши. Начало установки данных панелей планируется на лето 2017 года, а заказчиков данного вида «черепицы» исчисляется тысячами.
Всю эту конструкцию можно подключать напрямую к сети дома. Но разработчики предлагают следующую альтернативу — «домашняя батарея» PowerWall.
Принципиально данная батарея схожа с теми батареями, что находятся в автомобилях от Tesla Motors. Эта батарея можно спокойно пополнять свою энергию от сети, либо от «солнечной черепицы». По заявлению разработчиков, использовать ее можно как непосредственно вместо центральной электросети, так и в виде источника энергии на случай перебоев в электросети, неожиданного отключения и прочих обстоятельств.
Рис. 4. Внешний вид домашней батареи PowerWall
Характеристики батареи PowerWall:
– Размеры: 1300 мм*860 мм*180 мм;
– Тип монтажа: настенный;
– Инверторы: совместимость с большим количеством систем;
– Мощность: 7 кВт*ч или 10 кВт*ч
– Значения мощности, среднее/пиковое: 2 кВт/3квт;
– Напряжение: 350–450 В;
– Ток: номинальный 5 А, пиковое значение 8.5 А;
– Рабочие температуры: от минус 20 до плюс 43;
– Гарантия: 10 лет;
– Вес: 100 кг.
Можно сделать следующие выводы. Новая «домашняя батарея» Powerwall, которую можно использовать как для частных нужд, так и в коммерческих целях, является отличным проектом Илона Маска. Это настенная литий-ионная батарея, внешний вид которой более чем приемлем, чем у большинства аналогичных устройств других компаний. Реальная цель создания этой батареи заключается в том, чтобы раскрыть людям перспективы отказа от ископаемых ресурсов, требуемых для получения топлива.
Литература:
- Инновации в энергетике [Электронный ресурс] URL: http://www.chekltd.com
- Бубенчиков А. А., Нурахмет Е. Е., Молодых В. О., Руденок А. И. Солнечная энергия как источник электрической энергии. Международный научно-исследовательский журнал. 2016, № 5(47), 59–62.
- SolarCity & Tesla [Электронный ресурс] URL: https://www.tesla.com
