Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии Мурманской области: перспективы освоения

Минин В.А., к.т.н., зав. лабораторией энергосбережения и возобновляемых источников энергии, minin@ien.kolasc.net.ru

Центр физико-технических проблем энергетики Севера Кольского научного центра РАН

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 АЭС. Вместе с тем Мурманская область располагает широким набором нетрадиционных и возобновляемых источников энергии (энергии солнца, ветра, малых рек, морских приливов и волн и др.), которые в определенных условиях могут составить конкуренцию традиционным источникам энергии или выгодно дополнить последние, принося ощутимый экономический эффект.

В таблице представлены результаты оценки потенциальных и технических ресурсов перечисленных источников. Видно, что ресурсы солнечной энергии самые большие. Однако в условиях Севера имеется ряд трудностей, связанных с их освоением. В первую очередь, трудности обусловлены минимумом поступления солнечной энергии или ее полным отсутствием в зимние месяцы, когда потребность в энергии со стороны потребителей, наоборот, максимальна. Во-вторых, в северных широтах из-за активной циклонической деятельности число дней с ясной солнечной погодой сравнительно невелико. Поэтому в настоящее время практическое использование солнечной энергии имеет место лишь на небольших объектах, где традиционные схемы энергоснабжения слишком дорогие.

Таблица

Технические ресурсы нетрадиционных и возобновляемых источников энергии Мурманской области, млрд. кВт×ч

Источники	Потенциальные ресурсы	Технические ресурсы
Солнце Ветер Малые реки Приливы Волны Древесные отходы Отходы с / х	110000 21000 7 11 3 1,5 0,13	11000 350 4,4 2,0 1,6 0,9 0,09

Кольский полуостров обладает значительными ресурсами приливной энергии. Имеется богатый опыт эксплуатации Кислогубской приливной электростанции мощностью 400 кВт. Однако ввиду сравнительно небольшой величины прилива на побережье полуострова (в среднем 2-3 м) и ограниченного числа акваторий, которые можно отсечь плотиной, сооружение приливных электростанций (ПЭС) возможно далеко не повсеместно. Заслуживает внимания Лумбовский залив Белого моря, где средняя величина прилива составляет 4,2 м, а возможная для использования площадь акватории залива достигает 70-90 км². Установлено, что Лумбовская ПЭС может иметь мощность до 670 МВт с годовой выработкой энергии до 2,0 млрд. кВт×ч [1]. Удаленность объекта строительства, необходимость больших капиталовложений и ряд других факторов пока отодвигают сооружение этой ПЭС на дальнюю перспективу. К тому же, по мнению специалистов, целесообразно вначале построить опытно-промышленную Северную ПЭС мощностью 12 МВт в губе Долгой близ Териберки, которая может явиться промежуточным этапом на пути сооружения более крупных Лумбовской ПЭС на Кольском полуострове и Мезенской ПЭС (8000 МВт) в Архангельской области.

Кольский полуостров имеет более чем 1000-километровую береговую линию. Выполненная оценка энергии морских волн вдоль побережья Баренцева и Белого морей показала значительные запасы волновой энергии. Однако преобразование волновой энергии, ее концентрация и передача представляют большие трудности ввиду суровых климатических условий. Очевидных предпосылок использования этого вида энергии на сегодняшний день не имеется.

Замыкают список нетрадиционных и возобновляемых источников энергии биоэнергетические ресурсы, представленные древесными отходами и отходами сельского хозяйства (животноводства и птицеводства). Технический потенциал этих ресурсов Мурманской области составляет около 1 млрд. кВт×ч в год. Биоэнергетические ресурсы рассредоточены по большому числу небольших хозяйств. Очевидно, что применительно к мелким населенным пунктам и объектам, где они накапливаются, их использование представляет интерес. Древесина и древесные отходы издавна используются человеком. Отходы животноводства и птицеводства являются более «молодым» энергетическим ресурсом, но разработанные в последние десятилетия технологии переработки этого энергетического сырья дошли и до заполярных районов. В частности, они нашли применение в Ковдорском районе Мурманской области, где с помощью биоэнергетических установок получают биогаз – ценное и удобное для практического применения энергетическое топливо. Распространение полученного опыта может только приветствоваться.

Из всех перечисленных выше нетрадиционных возобновляемых источников энергии для Мурманской области наибольшие перспективы имеет освоение гидроэнергии малых рек и энергии ветра. Технические гидроэнергоресурсы малых рек области оцениваются в 4 млрд. кВт×ч при 516 МВт среднегодовой мощности [2]. В эту оценку включены около 40 малых и средних рек региона.

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 60-е годы они были вытеснены более дешевыми по тем временам дизельными установками. В настоящее время интерес к использованию энергии малых рек существенно возрос. Это обусловлено высокими ценами на органическое топливо.

Для практического решения проблемы освоения энергии малых рек необходимо строительство демонстрационных (пионерных) малых ГЭС, которые бы на деле показали выгодность и эффективность использования малых водотоков. Первоочередными объектами в этом плане могут быть: ГЭС мощностью 6 МВт на р. Пиренга, впадающей в оз. Имандра, малая ГЭС мощностью 250 кВт на реке Чаваньга на юго-востоке Кольского полуострова (в 7 км от одноименного села), а также малая ГЭС в центре полуострова на Ельреке, притоке Поноя, мощностью 500 кВт (в 12 км от села Краснощелье). Возможная выработка этих ГЭС на 30-50% выше выработки дизельных электростанций, действующих в указанных селах. Появление избытка энергии может открыть дополнительные перспективы для хозяйственного и социально-бытового развития сел.

Мурманская область располагает высоким потенциалом ветровой энергии, сосредоточенным, главным образом, в прибрежных районах. Технические ветроэнергоресурсы оцениваются в 360 млрд. кВт×ч при суммарной установленной мощности ВЭУ около 120 млн. кВт [3]. Наиболее сильные и устойчивые ветры наблюдаются на северном побережье Кольского полуострова. Это самое ветреное место на всем европейском Севере России. Использование здесь хотя бы 1-2% указанных ресурсов, самых доступных и выгодных (а это 3-7 млрд. кВт×ч выработки и около 1-2 млн. кВт мощности), может иметь большое значение.

Благоприятными предпосылками для использования энергии ветра на Кольском полуострове являются:

- высокий потенциал ветра на значительных территориях;

- наличие господствующих ветров (южных и юго-западных), позволяющих более компактно, с меньшими затратами размещать ветроэнергетические установки (ВЭУ) на местности;

- совпадение зимнего максимума интенсивности ветра с максимумом потребности в электрической и тепловой энергии со стороны потребителей;

- взаимодополняющий характер сезонного поступления ветровой энергии и гидроэнергии рек;

- наличие в Кольской энергосистеме 17 гидроэлектростанций суммарной мощностью более 1,5 млн. кВт, располагающих водохранилищами суточного, сезонного и многолетнего регулирования и позволяющих компенсировать неравномерность поступления энергии от ВЭУ.

Можно назвать три основных направления развития ветроэнергетики:

- автономная ветроэнергетика, подразумевающая изолированную работу ВЭУ на отдельного потребителя или их группу;

- системная ветроэнергетика, означающая работу групп ветроэнергоустановок (парков ВЭУ) в составе энергосистемы;

- применение ВЭУ для теплоснабжения потребителей.

Автономные ветроэнергетические установки могут улучшить состояние энергообеспечения децентрализованных потребителей (отдельных поселков и сел, метеорологических станций, маяков, пограничных застав, объектов Северного флота и т.д.), сталкивающихся с трудностями топливоснабжения и получающих энергию от автономных источников - дизельных электростанций, бензиновых агрегатов, мелких котельных, простых огневых печей. Ветроэнергетические установки, работая совместно с указанными традиционными источниками энергии, способны вытеснить до 30-50%, а в наиболее ветреных районах до 70% дефицитного органического топлива.

Системную ветроэнергетику (работу ВЭУ в составе энергосистемы) целесообразно развивать в первую очередь там, где высок потенциал ветра, имеются дороги для доставки крупных ВЭУ, есть выход в энергосистему. Предпочтительно, чтобы такой район был вблизи действующих или строящихся гидроэлектростанций. Этим требованиям отвечает, например, район, охватывающий Серебрянские и Териберские ГЭС [4]. Это четырехугольник со сторонами примерно 40х40 км, в вершинах которого расположены поселки Териберка и Дальние Зеленцы, Серебрянская ГЭС-1 и 81-й км автодороги Мурманск-Туманный (отворотка на Териберку). Перспективы крупномасштабного использования ветроэнергоресурсов в этом районе значительны.

За рубежом системная ветроэнергетика в настоящее время существует уже как самостоятельная доходная отрасль энергетики, вносящая в отдельных районах мира ( Германии, Дании, Испании и др.) существенный вклад в производство электроэнергии. В России в силу финансово-экономических трудностей, переживаемых страной в последние годы, развитие системной ветроэнергетики находится на начальном этапе. Вместе с тем, страна располагает необходимым научным и производственным потенциалом, уже появились первые опытные ВЭУ, выполненные на современном научно-техническом уровне. Ветроэлектрические станции работают в районе Воркуты, в Калмыкии, в Калининградской области и других районах.

На Кольском полуострове в рамках сотрудничества с Норвегией сооружена опытная демонстрационная ветроустановка мощностью 250 кВт вблизи Мурманска. Вырабатываемая энергия используется для энергоснабжения гостиницы "Огни Мурманска". Следующим шагом в развитии ветроэнергетики региона может стать строительство ветропарка мощностью около 10 МВт в районе пос. Териберка на побережье Баренцева моря [5]. Предпринимаемые усилия являются первыми шагами в развитии системной ветроэнергетики на Кольском полуострове.

Применение ВЭУ для теплоснабжении потребителей подразумевает участие ветроэнергетических установок в теплоснабжении небольших городов и поселков. Эти населенные пункты, расположенные в ветреных районах, как правило, охвачены централизованным электроснабжением, но страдающих от постоянного роста цен на поставляемое топливо (мазут). Благоприятными предпосылками для использования энергии ветра на нужды теплоснабжения является то, что:

- отопительный сезон на Кольском полуострове продолжительный, он длится около 9 месяцев и включает в том числе холодное время года с повышенными скоростями ветра;

- применение ВЭУ позволит превратить ветер из климатического фактора, определяющего повышенные теплопотери, в полноценный источник энергии, обеспечивающий именно в ветреные периоды активное поступление энергии на нужды отопления;

- применение ветроэнергетических установок будет способствовать значительной экономии дорогостоящего топлива, доставляемого на Кольский полуостров за 1500-2000 км;

- при использовании ВЭУ для теплоснабжения некритичным становится основной недостаток ветра – его непостоянство, так как кратковременные секундные и минутные изменения мощности ВЭУ могут сглаживаться за счет аккумулирующей способности системы теплоснабжения и отапливаемых зданий.

В целом потенциал нетрадиционных и возобновляемых источников энергии Кольского полуострова велик. Вовлечение их в хозяйственный оборот представляет собой большую научно-техническую задачу. Решение ее может облегчить энергоснабжение целого ряда потребителей и существенно поднять энергетическую независимость региона.

Выводы

1.Кольский полуостров располагает значительными ресурсами солнечной, ветровой, приливной, волновой энергии и гидроэнергии малых рек. В силу суровых природно-климатических условий наиболее реальным представляется использование энергии ветра и гидроэнергии малых рек.

2. Наибольшим потенциалом ветровой энергии располагают прибрежные районы Баренцева и Белого морей. Основными предпосылками для использования здесь ветроэнергетических установок являются высокие среднегодовые скорости ветра и зимний максимум интенсивности ветра, совпадающий с сезонным увеличением потребности в энергии со стороны потребителя.

3. Основными направлениями использования ветровой энергии на Кольском полуострове являются: применение ВЭУ для энергоснабжения удаленных изолированных потребителей (совместная работа с ДЭС), участие ВЭУ в теплоснабжении потребителей (совместная работа с котельными) и крупномасштабное применение ВЭУ в составе энергосистемы (сооружение ветропарков).

4. В числе первоочередных объектов малой гидроэнергетики могут быть названы: малая ГЭС мощностью 500 кВт на Ельреке, малая ГЭС на р. Чаваньга мощностью 1250 кВт - для энергоснабжения удаленных сел Краснощелье и Чаваньга, а также малая ГЭС на р. Пиренга мощностью 6 МВт - для работы в составе Кольской энергосистемы.

Литература

1. Приливные электростанции. Под ред. Л.Б. Бернштейна – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 296 с.

2. Минин В.А., Дмитриев Г.С. Перспективы использования энергии ветра и малых ГЭС в удаленных районах Мурманской области. –Апатиты: Изд. Кольского научного центра РАН, 2007. -97 с.

3. Минин В.А., Дмитриев Г.С., Минин И.В. Перспективы освоения ресурсов ветровой энергии Кольского полуострова // Изв. РАН. Энергетика. 2001, №1. –С. 45-53.

4. Минин В.А., Дмитриев Г.С., Иванова Е.А. и др. Энергия ветра – перспективный возобновляемый энергоресурс Мурманской области: Препринт. - Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 2006. -73 с.

5. Минин В.А., Дмитриев Г.С., Иванова Е.А. и др. Первоочередные площадки для ветропарков на Кольском полуострове. - Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 2004. -24 с.