Солнечная энергия. К вопросу о целесообразности использования панелей на воде | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 31 октября, печатный экземпляр отправим 4 ноября.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №36 (326) сентябрь 2020 г.

Дата публикации: 06.09.2020

Статья просмотрена: 3 раза

Библиографическое описание:

Никонов, И. А. Солнечная энергия. К вопросу о целесообразности использования панелей на воде / И. А. Никонов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 36 (326). — С. 20-24. — URL: https://moluch.ru/archive/326/73473/ (дата обращения: 21.10.2020).



В статье автор пытается определить эффективность и выгодность развития ветроэнергетики на севере Российской Федерации.

Ключевые слова: ветер, энергетика, север.

В наше время мир идет к переходу на возобновляемые источники энергии. В то время как практически все потенциально выгодные участки для использования гидроэлектростанций уже эксплуатируются, пространство для солнечных панелей присутствует в большом количестве. Попробуем ответить, насколько выгодно их использовать на водном пространстве.

Для начала обозначим ключевые недостатки солнечных панелей

– Непостоянство выработки энергии

– Высокая стоимость аккумулирования энергии

– Незначительное загрязнение окружающей среды

– Применение дорогостоящих и редких компонентов

– Малая плотность мощности

– Аренда огромной территории для размещения панелей

Некоторые проблемы такие как стоимость, непостоянство выработки, и компоненты являются фундаментальными и постепенно благодаря людям и компаниям решаются постепенно, внедряются новые технологии, материалы, типы солнечных электростанций. Говоря о загрязнении окружающей среды, оно не столь ужасно в плане использования их в качестве выработки энергии так как основная проблема заключается в компонентах. В данной же работе мы остановимся на более лояльных и гибких проблемах, которые очень тормозят повсеместное внедрение солнечной энергии в масштабе страны. Какие приходят альтернативы, если аренда большой территории велика, или территории не пригодны для размещения панелей? Очевидных варианта на самом деле два:

  1. Первый применим для городов, высотные дома, которые выше соседних домов, часть стен, которая возвышается над остальными покрывать фотовольтаиковыми панелями вплотную друг другу.
  2. Разместить Панели большой кучностью на водной поверхности.

Рассмотрим же второй вариант. Эффективными для размещаются зоны юга. Так как там уровень инсоляции выше, чем где-либо еще (Зона экватора наиболее благоприятна и наиболее выгодна для выработки солнечной энергии). Так что приведем карту уровня инсоляции по зонам в России.

Уровень инсоляции по зонам на территории РФ

Рис. 1. Уровень инсоляции по зонам на территории РФ

Самые благоприятные зоны это у берега Каспийского моря-озера, юг Дальнего востока ив целом на границе с Китаем. Разумеется, в данных зонах аренда территории, цена земли сравнительно ничего не стоит. Однако из этих зон только у Каспийского моря рельеф благоприятен для размещения массового панелей. Поэтому мы подошли напрямую к проблеме размещения. Вода идеально подходит для размещения панелей так как аренда является чистой формальностью, в водном пространстве нет объектов, которые будут мешать поглощать солнечные лучи и их легко транспортировать.

Ландшафт России

Рис. 2. Ландшафт России

Понтоны

Разместить Солнечные панели на воде проще всего с помощью системы понтонов. В данном случае можно использовать все как при ППБУ, разберем же возможные варианты для удержания Системы панелей. Водоизмещающий корпус, служащий для удержания системы панелей наплаву, а также для того, чтобы перемещать конструкцию до зоны бурения. Понтоны можно разделить на:

– Сплошной — единая конструкция непроницаемая для волн и течений

– Сквозной, который также подразделяется на:

  1. Катамаран — два продолговатых понтона
  2. С кольцевым понтоном — понтон в виде кольца
  3. Тетрамаран — три продолговатых понтона
  4. Пентагон — имеет форму пятиугольника

Также для системы панелей стоит использовать стабилизирующие колонны, для стабилизации системы панелей за счет повышения остойчивости. Стабилизирующие колонны в данном случае можно использовать как хранилище энергии. В наше время уже идет разработка как графеновых аккумуляторов, так и стараются увеличить емкость аккумуляторов электромобилей, двигаясь в данной сфере и при размерах понтонов можно хранить энергию, которую будут аккумулировать дневную энергию, для вечерней замены полного аккумулятора на пустой.

Эскизный вид размещения панелей на понтонах

Рис. 3. Эскизный вид размещения панелей на понтонах

Так как вес панелей не высок можно размещать большое количество панелей располагая их в форме прямоугольника в горизонтальном положении в плотную друг к другу. В отличие от Буровых установок, которым нужна огромная поддерживающая сила, панели можно располагать в длину и ширину, увеличивая площадь покрытия панелей.

Оценка технического потенциала солнечной энергии России

В одной из статей, касающихся солнечной энергетики в России, опубликованной на сайте государственной информационной системы в области энергоснабжения и повышения энергетической эффективности, сказано: «По данным Института энергетической стратегии, теоретический потенциал солнечной энергетики в России составляет более 2300 млрд т условного топлива», что составляет 18,72.109 ГВт·час/ год. Тем не менее проведем оценку как теоретического, так и технического потенциала солнечной энергетики. На карте, приведенной ранее в работе, показан уровень инсоляции по зонам на территории России. Примем условно что уровень инсоляции в воде равным тому, что в зоне у воды. Как следует из карты, уровень инсоляции можно принять за 5 КВт·час/м2 /сутки. Так как нельзя полагаться полностью на достоверность карты, определим минимальные и максимальные границы значений теоретического потенциала солнечной энергетики России. Для определения минимальной границы теоретического потенциала следует принять инсоляцию во всех зонах равной 4 КВт·час/м2 /сутки. Тогда оценочное минимальное значение теоретического потенциала солнечной энергетики Российского моря, рассчитанное по формуле: . Что будет в районе 10–15 ГВт·час.

Таблица 1

Расчет технического потенциала солнечной энергетики России

Эффективность в будущем

В данное время идет тенденция на замещение углеводородного топлива чистым, возобновляемыми ресурсами. В данном направлении работают многие страны, стараясь уменьшить цену энергии. Так, например операционные расходы оцениваются в 9,2 евро на киловатт установленной мощности в год, притом половину составляют затраты на эксплуатацию и техническое облуживание, а вторую половину — цена земельного участка и другие траты. Приведем показатели мировой тенденции по стоимости энергии. Из него видно, что прогнозы даже самые медленные ведут к достаточно низкой цене.

Приведем отчет Министерства энергетики Российской Федерации за 2019 год:

«Число часов использования установленной мощности электростанций в целом по ЕЭС России в 2019 г. составило 4384 часа или 50,04 % календарного времени (коэффициент использования установленной мощности).

В 2019 г. число часов и коэффициент использования установленной мощности (доля календарного времени) по типам генерации, следующие:

– ТЭС − около 4002 часа (45,7 % календарного времени);

– АЭС − 6992 часов (79,8 % календарного времени);

– ГЭС − 3841 часов (43,9 % календарного времени);

– ВЭС − 1745 часов (19,9 % календарного времени);

– СЭС − 1239 часов (14,1 % календарного времени).

По сравнению с 2018 г. использование установленной мощности на АЭС и ГЭС увеличилось на 123 и 50 часов соответственно, снизилось на ТЭС и СЭС на 73 и 44 часа соответственно. Существенно — на 143 часа — увеличилось использование установленной мощности ВЭС».

Данная тенденция заставляет обеспокоиться так как потребление возобновляемых ресурсов при их малом объеме использования лишь падает. Сравнивая объемы, приходишь к неутешительному выводу, что данные источники энергии не рассматриваются как перспективными и что, если не изменить представление людей о возобновляемых источниках энергии тенденция меняться не будет.

Таблица 2

Структура установленной мощности электростанций объединенных энергосистем и ЕЭС России на 01.01.2020

В заключении стоит дать оценку тому, что есть и оценить альтернативу. То, что есть сейчас по чистой энергии никуда не годится. В данном вопросе стране нужно держать курс на освоение и развитие сектора возобновляемой энергии. Солнечная энергия обладает большим потенциалом чем все ресурсы из доступных нам сейчас. Вариант с водным расположением добычи солнечной энергии имеет место быть так как при должном развитии энергоносителей, солнечная энергия безусловно станет флагманским типом энергии для всего мира.

Литература:

  1. Министерство Энергетики Российской Федерации “Основные характеристики российской электроэнергетики”
  2. Р. Д. Миндалева, магистрант; В. С. Зайцев, магистрант; В. В. Бессель, профессор, РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина “Оценка технического потенциала ветровой и солнечной энергетики России”.
  3. Журнал Neftegaz.ru “Перспективы внедрения солнечных и ветряных электростанций в России”
  4. Аналитический центр при правительстве Российской Федерации “Развитие солнечной энергетики”
Основные термины (генерируются автоматически): календарное время, солнечная энергия, уровень инсоляции, установленная мощность, солнечная энергетика, теоретический потенциал, зона, размещение панелей, Россия, технический потенциал.


Ключевые слова

энергетика, ветер, Север
Задать вопрос