Олег Попель, заведующий лабораторией возобновляемых

Международная конференция
Возобновляемая энергетика в изолированных
системах Дальнего Востока России
27-29 июня 2013 г., г. Якутск
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ,
СОЗДАНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ ЭНЕРГОУСТАНОВОК НА ВИЭ
В ИЗОЛИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ
Д.т.н., проф. Попель О.С.
Председатель Научного совета РАН по нетрадиционным возобновляемым источникам энергии
Руководитель Лаборатории возобновляемых источников энергии и энергосбережения ОИВТ РАН
Тел./факс: (495) 484-23-74, [email protected],
http://olegpopel.blogspot.com
Объединенный институт высоких температур РАН
ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ В
МИРЕ
Средние годовые темпы роста мощности энергоустановок на
ВИЭ и производства биотоплив
в 2007–2012 гг.
Рост инвестиций в развитие
нетрадиционных ВИЭ
Ввод мощностей:
2011 г. – 80 ГВт
2012 г. – 85 ГВт
В 2012 году суммарная установленная мощность энергоустановок на
нетрадиционных ВИЭ достигла 480 ГВт и в полтора раза превысила
суммарную мощность действующих в 32 странах мира 439 ядерных
энергетических реакторов, равную 340 ГВт !
Вклад возобновляемых
источников энергии в
мировое производство
электроэнергии (2012 г.)
Вклад традиционных и нетрадиционных ВИЭ в
глобальное потребление энергии (2011 г.)
Достигнутые в 2005 и в 2011 гг. показатели по вкладу ВИЭ в конечное
потребление энергии в странах ЕС и цели на 2020 г.
Особенности энергетики России
Cуммарное производство ТЭР в России превысило
1800 млн т у.т., а внутреннее потребление – 990 млн т
у.т., экспорт – около 900 млн т у.т.
Россия – крупнейший экспортер энергоресурсов!
Из всей добываемой в России нефти почти 80%
экспортируется!
Нефтегазовый комплекс страны обеспечивает около
20% российского ВВП и более 50% доходов
консолидированного бюджета страны!
Россия занимает лидирующее место в мире по
запасам традиционных ТЭР:
1 место по природному газу (23% мировых запасов);
2 место по запасам угля ( 19% мировых запасов);
5-7 место по запасам нефти (4-5% мировых запасов);
Уран – 8% мировой добычи природного урана
Баланс энергоресурсов России
Интегрально с международными обязательствами по
экологии тоже все более менее благополучно!
Казалось бы все прекрасно и удивительно
– зачем России нужны какие-то ВИЭ?
Сокращение выбросов парниковых газов в России
(РКИК ООН; McKinsey)
Централизованное и автономное энергоснабжение на территории России
Неэлектрифицировано
Наличие огромных территорий с децентрализованным и автономным
энергоснабжением потребителей на привозном дорогом топливе коренным
образом отличает Россию от стран-лидеров по освоению ВИЭ!
Аргументы в обоснование необходимости расширения масштабов
использования ВИЭ в России
1. 2/3 территории страны - вне сетей централизованного энергоснабжения (население
около 20 млн чел., районы с наиболее высокими ценами и тарифами на топливо и
энергию (более 25 руб./кВтч));
2. Более 50% регионов страны энергодефицитны (завоз топлива, импорт э/э) – задача
повышения региональной энергетической безопасности;
3. Газифицировано около 50% населенных пунктов (в сельской местности – менее 35%);
4. Котельные на угле и жидком топливе – локальные загрязнители окружающей среды.
5. Автономная энергетика развивается опережающими темпами – ввод до 2011 г
дизельных и бензогенераторов единичной мощностью до 100 кВт превышал ввод
крупных электростанций! Этот спрос – эффективная ниша для продвижения ВИЭ.
6. В зонах централизованного энергоснабжения структура энергоснабжения особенно
небольших населенных пунктов (электроэнергия - из сети, тепло – от котельных)
неэффективна и не обеспечивает энергетической безопасности потребителей.
Оптимальное сочетание централизованной и распределенной энергетики с
использованием ВИЭ – магистральный путь инновационного развития российской
энергетики.
7. Дальневосточный регион – приоритетный регион страны для продвижения новых
энергетических технологий автономного энергоснабжения с использованием ВИЭ.
Спектр ВИЭ и технологий их преобразования в полезные виды энергии широк. Теоретически в любой
географической точке можно обеспечить энергоснабжение любого потребителя за счет ВИЭ. Главный
вопрос какие технологии использовать и сколько это будет стоить? Поиск оптимальных технических
решений (только ВИЭ или гибридизация) – сложная научно-техническая проблема, требующая
современных методов анализа
Суммарная среднедневная
солнечная радиация на наклонную
поверхность южной ориентации с
углом наклона равным широте
местности (год)
Прямая среднедневная солнечная
радиация на следящую за солнцем
поверхность (год)
Прямая солнечная радиация на следящую за Солнцем поверхность
(период: апрель - сентябрь, кВтч/м2день)
Среднегодовые скорости ветра
на высоте 50 м
МОЩНОСТНОЙ РЯД ГИБРИДНЫХ ЭНЕРГОУСТАНОВОК
Системы уличного
освещения;
Освещение платформ,
переездов, мостов, опасных
участков дорог;
Система кондиционирования
объекта
Автономное энергопитание
систем связи, автоматики,
телемеханики
Интеллектуальные системы электро- и
теплоснабжения автономных потребителей
(поселков, небольших промышленных
объектов, погранзастав)
Освещение помещений
внутри зданий;
100 Вт
15 кВт
1 МВт
ПРИМЕРЫ РЕАЛИЗОВАННЫХ ПРОЕКТОВ
Экспериментальный образец
гибридной солнце- ветродизельной энергоустановки
мощностью 3 кВт
в ОИВТ РАН
Портативная гибридная энергоустановка с
тонкопленочными фотоэлектрическими
модулями (0,5 кВт) разработанная по заказу
ЗАО «Ротек», 2012 г. Выставка «УралИннопром 2012».
Солнечная энергоустановка, работающая параллельно с централизованной сетью, разработанная по заказу ЗАО
«Ротек». Чебоксарский Государственный Университет им. Н.И.Ульянова, 2012 г.
Учебно-демонстрационная
автономная солнечная
энергоустановка в Научноисследовательской лаборатории
ВИЭ в МГУ (Географический
факультет)
Автономная гибридная энергоустановка(разработка концепции и технической
документации), разработанная по заказу ЗАО «Ротек». Яйлю, Республика Алтай,
2013 г.
Ведется удаленный мониторинг и
анализ работы энергоустановки.
Существенный прикладной интерес
представляют данные за год.
15
Научно-технические проблемы разработки, создания и применения энергоустановок
на ветровой и солнечной энергии в изолированных системах включают:
- выбор источников для достоверной оценки ресурсов солнечной и ветровой энергии в месте предполагаемого
создания энергоустановки и суточных и сезонных графиков изменения энергетических потоков («типичный
метеогод»)
- разработку достоверных динамических моделей компонентов энергоустановок: фотоэлектрических
преобразователей, ветроустановок, накопителей энергии, дизель- или бензогенератора,
- достоверное моделирование суточных и сезонных графиков нагрузки (электрической, тепловой)
потребителя,
- создание достоверной базы данных технических характеристик оборудования различных производителей
- разработку динамических математических моделей энергоустановок , включая систему автоматического
управления, обеспечивающих обоснование выбора оптимальной (на основе экономического анализа)
конфигурации и состава энергокомплексов с учетом режимов поступления первичных источников энергии и
графиков нагрузок,
Какова реальная ситуация с ресурсами солнечной энергии на территории
России?
Трудности с объективными данными измерений
Среднее расстояние между станциями:
- в Европейской части – ок. 500 км
- в Азиатской части – более 1000 км
Возможность экстраполяции с приемлемой
точностью – < 100 км
Выход: использование спутниковых данных
NASA с тщательной верификацией!
Актинометрические станции на территории бывшего СССР
РАЗВИТИЕ НАУЧНЫХ ОСНОВ РАЗРАБОТКИ И СОЗДАНИЯ ПОЛНОСТЬЮ АВТОНОМНЫХ
СИСТЕМ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ КОМБИНИРОВАННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
СОЛНЕЧНОЙ И ВЕТРОВОЙ ЭНЕРГИИ, ОБОСНОВАНИЕ СФЕР И РАЙОНОВ ИХ
ЭКОНОМИЧЕСКИ ЭФФЕКТИВНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Основные типы автономных энергоустановок.
а) и b) – традиционные, c) и d) – новые с ВИЭ
Модель
системы управления
энергопотоками
Модели
компонентов
энергоустановки
РАСЧЕТНАЯ СЕБЕСТОИМОСТЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ,
ВЫРАБАТЫВАЕМОЙ СОЛНЕЧНО-ВЕТРОВОЙ ЭНЕРГОУСТАНОВКОЙ, центы/кВтч
(результаты оптимизационных
технико-экономических расчетов
при показателе гарантированности
электроснабжения в течение года
0,98)
А) без накопителя энергии
Б) с накопителем энергии
ПРИМЕР РЕЗУЛЬТАТОВ ОПТИМИЗАЦИОННЫХ РАСЧЕТОВ
(потребитель 1 кВт постоянной нагрузки)
Расчетная требуемая площадь ФЭП, м2
Расчетная емкость АБ, кВтч
Расчетная установленная мощность ВЭУ, кВт
Коэффициент использования выработанной
первичными источниками (ВЭУ и ФЭП) электроэнергии
НЕДАВНО ВЫШЕДШИЕ
ПУБЛИКАЦИИ
Заказ: Издательский дом
«Интеллект»
Тел. (495)579-96-45;
E-mail: [email protected]
Пер. с англ. под редакцией
С.П. Малышенко, О.С. Попеля
Пер. с англ. под редакцией
О.С. Попеля
Выводы
1.
Разработка и создание систем автономного энергоснабжения на базе ВИЭ является относительно новой и
во многом специфичной для российских условий практически важной задачей, успешное решение
которой может обеспечить существенную экономию традиционных энергоресурсов, повышение
надежности энергоснабжения потребителей и снижение затрат на энергоснабжение
2.
Указанная задача является наукоемкой и требует тесной кооперации разработчиков и научных
организаций как на стадии обоснования выбора оптимальной конфигурации и состава энергокомплексов
на основе их достоверного динамического моделирования, так и на стадии создания и дальнейшей
эксплуатации с целью обобщения опыта и усовершенствования методик разработки и проектирования.
ПРОГРАММА ФОРУМА
22 октября 2013 г., вторник
Пленарная сессия Форума I «ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГЕТИКИ В МИРЕ И В
РОССИИ», «ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБРАЗОВАНИЕ И ПОДГОТОВКА СПЕЦИАЛИСТОВ ДЛЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ
ЭНЕРГЕТИКИ»
Параллельные дискуссионные сессии Форума:
- «Проблемы солнечной энергетики»
- «Проблемы биоэнергетики»
- «Проблемы геотермальной энергетики и использования тепловых насосов»
- «Проблемы ветроэнергетики»
- «Проблемы малой гидроэнергетики, приливной и волновой энергетики»
- «Накопители энергии и интеллектуальные системы управления в возобновляемой энергетике»
23 октября 2013 г., среда
Параллельные дискуссионные сессии Форума:
- «ВИЭ в строительстве и в жилищно-коммунальном хозяйстве»
- «Водородные технологии для возобновляемой энергетики»
- «Проблемы и перспективы создания космических солнечных электростанций и
беспроводной передачи энергии»
Круглые столы в рамках заседаний российских Технологических Платформ
- «Перспективные технологии возобновляемой энергетики»,
- «Малая распределенная энергетика»,
- «Биоэнергетика»,
- «Экологически чистая тепловая энергетика высокой эффективности»
Пленарная сессия Форума II «МЕХАНИЗМЫ СТИМУЛИРОВАНИЯ РАЗВИТИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГЕТИКИ.
РОЛЬ ФЕДЕРАЛЬНЫХ И РЕГИОНАЛЬНЫХ ОРГАНОВ УПРАВЛЕНИЯ, ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И МЕЖДУНАРОДНЫХ
ФИНАНСОВЫХ ИНСТИТУТОВ»
Сайт Форума:
WWW.REENFOR.ORG
Просьба регистрироваться
и принять участие!