Технические науки / 5. Энергетика
к.т.н., доцент Раимова А. Т., Попова
А. А.
Оренбургский
государственный университет, Россия
Перспектива
использования альтернативных
источников электроэнергии в Оренбургской области
Потребность человечества в
электроэнергии увеличивается с каждым годом. Вместе с тем запасы
традиционных природных топлив (нефти, угля, газа и др.) конечны. Конечны также
и запасы ядерного топлива – урана и тория. Поэтому уже сегодня необходим поиск источников
электроэнергии, использующих энергию ветра, солнца, приливов и т.п., простота
конструкции которых сочеталась бы с их экономически выгодным монтажом и
эксплуатацией.
Актуальность выбранной темы определила цель
работы – исследование перспектив развития альтернативных источников
электроэнергии на территории Оренбургской области.
На
территории Оренбургской области возможно активное применение ветро- и
солнцеэнергетики чему немало способствуют характерные географические и
экономические особенности региона. Большое количество солнечных дней в году,
природные ландшафты, обеспечивающие необходимые ветровые нагрузки – всё это
создает базу для развития «зеленой энергетики».
Энергия
ветра – это экологически чистая, неисчерпаемая энергия, и ее легко использовать
в домашних и фермерских условиях. Для преобразования энергии ветра в
электрическую служат ветряные электростанции или ветрогенераторы – устройства
для преобразования кинетической энергии ветрового потока, в механическую
вращения ротора с последующим преобразованием её в электрическую.
На
рисунке 1 приведена классификация ветроэнергетических станций (ВЭС) по
некоторым критериям.
ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ по виду
вырабатываемой энергии по вырабатываемой
мощности по
конструктивному исполнению механические тепловые электрические ветросиловые постоянного тока переменного тока от 100 Вт до 1 МВт ветронасосные более 1 МВт крыльчатые роторные
Рисунок 1 – Ветроэнергетические станции
Уже
привычными стали крыльчатые ВЭС, которые лидируют на рынке ветроэнергетики. На
высокой мачте устанавливается лопастной механизм с горизонтальной осью
вращения, преимущественно трехлопастной, и его мощность зависит от размаха
лопастей. Максимальной скорости вращения такой агрегат достигает, когда лопасти
перпендикулярны ветровому потоку, поэтому в его конструкции предусмотрено
устройство автоматического поворота оси вращения в виде крыла стабилизатора на
малых станциях и электронной системы управления рысканием на более мощных
станциях.
Роторные
электростанции имеют вертикальную ось вращения и не зависят от направления
ветра. Это важное преимущество, если используются приземные рыскающие воздушные
потоки. Эти установки тихоходны, не создают большого шума. Простота
электрических схем не нарушается при случайных резких порывах ветра. Минусом
такой конструкции является использование многополюсных генераторов, которые
работают на малых оборотах и не имеют широкого распространения. Продуктивность
работы ВЭС характеризуется в основном следующими его параметрами.
Номинальная
мощность – это мощностью, которую вырабатывает генератор при средней скорости
ветра 12 м/с, зависит от типа станции.
Номинальное
напряжение ВЭС – это напряжение, которое вырабатывает генератор (возможно
напряжение как 220 В, так и 12 В, и 24 В).
Производительность
– это количество электроэнергии, которое устройство вырабатывает в год.
При
выборе ВЭУ необходимо знать максимальную скорость ветра, которую выдерживает турбина,
и его минимальную (пусковую) скорость, при которой она начинает вращаться. Не
меньшие значения при выборе ВЭУ имеют частота вращения турбины и количество
лопастей. Выбор конструкции мачты зависит от мощности турбины, поскольку
мощность турбины тем выше, чем больше ее диаметр и, следовательно, прочней
мачта.
К
началу 2015 г. общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 369
гигаватт. Среднее увеличение суммы мощностей всех ветрогенераторов в мире,
начиная с 2009 года, составляет 38-40 гигаватт за год и обусловлено бурным
развитием ветроэнергетики в США, Индии, КНР и ФРГ. Так только в КНР к 2020 г. предполагается,
что мощности ветроэнергетики достигнут 80-100 ГВт. На рисунке 2 приведена статистика по использованию энергии ветра во всем
мире.
Рисунок
2 – Распределение установленных
ветроэнергетических мощностей
Оренбургская
область является степной зоной, где постоянно дуют ветра в различных
направлениях. Ветер, в свою очередь, является выгодным и бесплатным источником
энергии. В Оренбургской области ведется проектирование ветроэлектростанции
проектной мощностью 150 МВт. Погодные условия позволяют использовать
ветрогенераторы, как в промышленных, так и в бытовых масштабах. Среднегодовая
скорость ветра составляет 3,5 м/с, что должно оказывать основное влияние на
выбор типа ветрогенератора: парусный или вертикальный.
В
Оренбургской области ветроэнергетические установки успешно функционируют в
Гайском, Кувандыкском, Сакмарском, Соль-Илецком Тюльганском районах.
Другим не
менее интересным направлением развития альтернативных источников электроэнергии
является гелиоэнергетика – преобразование солнечного излучения в электрическую
энергию.
Во
второй половине XX в. в связи с бурным развитием космонавтики начали
разрабатывать проблему гелиоэнергетики – преобразование солнечного излучения в
электрическую энергию. В настоящее время получение электроэнергии от
гелиоустановок осуществляется с помощью солнечных батарей, основу которых
составляют фотоэлементы – кристаллы кремния, покрытые тончайшим, прозрачным для
света слоем металла. Поток фотонов – частиц света, проходя сквозь слой металла,
выбивает электроны из кристалла. Электроны при этом начинают концентрироваться
в слое металла, поэтому между слоем металла и кристаллом возникает разность
потенциалов.
Лидерами
по производству энергии с помощью солнечных батарей являются США, Япония и
Германия. Производство солнечной энергии получает своё развитие и в России. На
рисунке 3 приведена динамика
развития
гелиоэнергетических установок во всем
мире.
Рисунок 3 – Мощность
мировых гелиоэнергетических установок, ГВт
К 2020 г.
прогнозируется дальнейший рост мощности
гелиоэнергетических установок. Лидером по
установленной мощности является Евросоюз, среди отдельных стран – Китай. По
совокупной мощности на душу населения лидер – Германия.
В
настоящее время в РФ также ведутся работы по применению энергии солнца. В
таблице 1 приведены данные по развитию солнечной энергетики в регионах России.
Таблица
1 – Количество установок по производству солнечной энергии
|
Регион РФ |
Количество установок |
|
Краснодарский край |
46 |
|
Дагестан |
8 |
|
Ставропольский край |
2 |
|
Бурятия |
1 |
|
Хабаровский край |
1 |
|
Костромская область |
1 |
|
Оренбургская область |
1 |
21
декабря 2015 г. в окрестностях города Орска Оренбургской области была запущена
самая мощная солнечная электростанция в России. В таблице 2 приведены характеристики
солнечной фотоэлектрической станции имени Александра Влазнева в Орске.
Таблица
2 – Характеристики станции им. А. Влазнева
|
Характеристика |
Величина |
|
Мощность |
25 МВт ( это 10% мощности Орской ТЭЦ-1) |
|
Срок службы
фотоэлектрических модулей |
около 40 лет |
|
Территория |
80 гектаров |
|
Количество модулей |
более 99 тысяч |
|
Завершение строительства |
IV квартал 2015 года. |
|
Бюджет |
3 млрд. рублей |
Электроэнергия,
выработанная солнечной электростанцией в Орске, направлена на оптовый рынок не
только для потребителей Оренбургской области, но и в Челябинскую, Самарскую
области и Республику Башкортостан. В феврале, после ввода в строй
дополнительных фотоэлементов и агрегатов, ее мощность возрастет с 25 до 40 МВт.
Помимо
Орской электростанции в Оренбургской области функционирует еще несколько
солнечных электростанций, как показано на рисунке 4.
Рисунок
4 – Солнечные электростанции Оренбуржья
Таким
образом, на наш взгляд, одной из приоритетных задач губернатора и Правительства
области является вывод экономики области на более высокий уровень за счет
инновационного развития в области альтернативной энергетики. Оно предполагает
максимальное использование колоссального потенциала энергоресурсосбережения и
энергоэффективности экономики области за счет дальнейшего развития ветро- и
солнцеэнергетики.
1. СП 131.13330.2012. «Строительная
климатология. Актуализированная редакция СНиП
23-01-99*».
2. ГОСТ Р 51380-99 «Методы подтверждения
соответствия показателей энергетической эффективности».
3. http://greensector.ru/
4. http://altenergiya.ru/