Солнечная энергетика в россии доклад

Обновлено: 31.05.2024

В докладе даётся обоснование приоритетного использования солнечной энергии в сравнении с другими видами возобновляемых источников энергии и с традиционными энергетическими технологиями. Приводятся примеры создаваемых солнечных электростанций в России и за рубежом.

Ключевые слова: распределённая генерация, возобновляемая энергетика, солнечная энергетика.

About the evolution of solar power in the world and in Russia

V. M. Zaichenko, Doctor of Technical Sciences, Chief Scientifi c Researcher, Joint Institute for High Temperatures of the Russian Academy of Sciences (JIHT RAS); V. D. Panchenko, civil engineer, general director; A. A. Chernyavsky, PhD, chief specialist in economics and renewable energy, “Alliance-RES”, LLC (Rostov-onDon city)

In the report justifi cation of priority use of solar energy in comparison with other types of renewable energy sources and with traditional power technologies is given. The examples of the created solar power stations in Russia and abroad are given.

Keywords: distributed generation, renewable energy, solar energy.

При планировании создания новых генерирующих мощностей возникают следующие вопросы:

1. Что более рационально и перспективно — развитие централизованной или распределённой генерации?

2. Следует ли далее развивать традиционные энергетические технологии со всеми присущими им достоинствами и недостатками или планировать преимущественное развитие новых экономически и экологически более эффективных способов генерации с использованием возобновляемых источников энергии (ВИЭ)?

Ещё несколько лет назад эти вопросы серьёзно не ставились. Однако, в связи с интенсивным развитием в мире технологий с ВИЭ и успешным решением ряда проблем с эффективным аккумулированием больших количеств электрической энергии [1], игнорировать поставленные вопросы недопустимо. В процессе реконструкции и технического перевооружения энергетики необходимо уделить пристальное внимание использованию ВИЭ.

По отчётам Всемирного экономического форума, в 2016 году более чем в 30 странах мира возобновляемая энергия стала дешевле или равной по цене с ископаемыми энергоносителями. Среди этих государств — Австралия, Бразилия, Мексика, Чили, Германия, Израиль, Новая Зеландия, Турция, Японию и др. [2]. В этих отчётах отмечено, что солнечная и ветровая энергетика теперь стали вполне конкурентоспособными во многих регионах.

Последние пять-семь лет солнечные технологии демонстрируют уникальные для энергетического сектора темпы роста установленных мощностей — на уровне 30–40 % в год. По этому показателю солнечная энергетика уверенно опережает все остальные энергетические технологии. Такие высокие темпы развития определяются значительным снижением стоимости основного технологического оборудования солнечных электростанций и, в первую очередь, фотоэлектрических модулей (ФЭМ) для прямого преобразования солнечного излучения в электрическую энергию.

PV-электроустановки получают преимущественное распространение на территориях со среднегодовым приходом солнечной радиации 900–1500 кВт·ч/м². К таким территориям относятся бóльшая часть Европы и значительная часть России.

CSP-технологии, основанные на нагреве высокотемпературного теплоносителя концентрированным солнечным излучением, используют паротурбинные установки для выработки электроэнергии. Такие технологии до настоящего времени обеспечивали бóльшую эффективность, чем PV, на территориях со среднегодовым приходом солнечной радиации не менее 1600 кВт·ч/м². К этим территориям относятся Испания, бóльшая часть африканского континента, страны Юго-Восточной Азии и экваториальной зоны и др.

Вместе с тем важным являлся тот факт, что в схеме станции были предусмотрены аккумуляторы тепловой энергии, которые позволяли станции три-четыре часа после захода солнца выдавать полную электрическую мощность и ещё в течение десяти часов — половину номинальной мощности. То есть СЭС-5 могла обеспечивать, по крайней мере, в летнее время круглосуточную выдачу электрической энергии.

В настоящее время интерес к башенным СЭС возрождается. Теоретически доказано, что такие СЭС могут быть достаточно эффективными при мощностях свыше 100 МВт. Поэтому в различных странах мира ведётся строительство башенных СЭС мощностью сотни и тысячи мегаватт. При этом возможность аккумулирования тепла становится самым существенным их преимуществом.

Ряд крупных башенных СЭС построены в США, в Испании, в Италии. Но в последние годы всё бóльший объём внедрения в мире приходится всё же на PV-станции. И, по мере снижения стоимости ФЭ-модулей, PV-технологии будут опережать технологии CSP.

Годовой темп роста объёма инвестиций в солнечную энергетику в последние пять лет составил 56,4 % [2]. Ожидаемый семии восьмикратный прирост производства электроэнергии за десятилетний период 2015–2025 годов должен вывести солнечную энергетику на первое место среди всех технологий генерации энергии на возобновляемых ресурсах. Эти обстоятельства вызваны сочетанием следующих благоприятных факторов:

1. Значительное снижение стоимости основного гелиотехнического оборудования, обусловленное как выходом на рынок принципиально новых технологий, так и прогрессом в существующем производстве за счёт роста его объёмов, степени механизации и автоматизации. А в ближайшие годы ведущие китайские компании Jinko, Yingli, Trina и другие намерены ещё уменьшить стоимость своей продукции. Поэтому, для исключения развала европейского PV-рынка, между Китаем и странами ЕС в 2013 году достигнута компромиссная договорённость о минимальной цене поставки китайских ФЭМ в Европу — 0,56 евро за 1 Вт и максимальных объёмах поставок 7,0 ГВт/год [5]. В соответствии с этим основные производители ФЭМ на европейском рынке, выпускающие монокристаллические и поликристаллические солнечные модули высокого качества и надёжности с гарантийными обязательствами не менее десяти лет, в 2013 году снизили цены до 0,56–0,6 евро за 1 Вт [6, 7].

2. Растущий прогресс в области аккумулирования больших объёмов электроэнергии и появление высокоэффективных устройств аккумулирования на базе принципиально новых технических решений. Поскольку создание запаса электроэнергии на ночной период и неблагоприятные погодные условия являются одной из основных проблем солнечной энергетики, появление более дешёвых и эффективных аккумулирующих установок значительно снижает затраты на сооружение солнечных станций с гарантированным энергоснабжением потребителей и резко повышает конкурентоспособность солнечной энергетики.

3. Государственная поддержка всех видов энергогенерирующих установок, использующих возобновляемые источники, которая в той или иной степени действует в большинстве стран мира, а с 2013 года — и в России [8].

Отметим также, что после возвращения Крыма в состав РФ в семейство солнечной энергетики России влились Крымские солнечные электростанции общей мощностью около 300 МВт — крупнейший по мировым масштабам фотоэлектрический комплекс. Правда, эти станции, построенные австрийской фирмой Activ Solar 12–15 лет назад с использованием тогда ещё дорогостоящих ФЭМ, сегодня дают, соответственно, дорогостоящую электроэнергию из-за необходимости включения в состав тарифа средств, обеспечивающих возврат инвестиций застройщику в приемлемые сроки.

В каждой стране баланс топливно-энергетического комплекса существенно влияет на экономику. Зависимость от углеводородного сырья в мире постепенно снижается благодаря возобновляемым источникам энергии (ВИЭ). Развитие солнечной энергетики в России задерживается из-за достаточного объема горючих полезных ископаемых и урана.

В чем преимущества солнечной энергетики?

В государствах с малыми запасами нефти, газа, угля и урановой руды отмечается нехватка энергоносителей. Выходом для них считается использование нетрадиционных энергоисточников. В отличие от Европы и США масштабное внедрение технологий солнечной энергии в России только начинает развиваться. Этому способствуют следующие факторы:

Экологичность.
За нулевое воздействие на окружающую среду гелиоэнергетике отдается большее предпочтение. Независимо от способа генерации, процесс безопасен для экологии.
Доступность.
Солнечные электростанции (СЭС) работают в любой точке мира. Среднегодовые температуры не важны, учитывается только уровень инсоляции территории.
Неисчерпаемость.
Объем энергетического сырья земных недр стремительно сокращается, а энергии Солнца хватит на 6,5 млрд лет.
Экономичность.
Расходы на добычу, транспортировку энергоносителя отсутствуют, поэтому солнечные батареи выгодно устанавливать.
Инновации.
Технологии генерации постоянно усовершенствуются. Кроме стандартных фотоэлектрических установок, японская компания Sharp начала изготавливать накопительные элементы для оконного остекления.

Проблемы развития солнечной энергетики

Несмотря на доступность света Солнца в любой точке мира, полностью перейти на использование возобновляемых источников энергии пока невозможно. Обеспечить бесперебойное энергопотребление нельзя, так как ночью, в пасмурные и дождливые дни уровень инсоляции критически низок или отсутствует.

Строительство солнечных электростанций обходится государствам в немалые суммы. Поэтому Министерства энергетики многих стран не хотят разрабатывать программы поощрения для развития ВИЭ. Рабочие ТЭС и АЭС, достаток углеводородов, урановой руды значительно задерживает переход от традиционного энергоснабжения.

Дополнительным препятствием для активного старта ВИЭ стал кремний для производства модулей. Его содержание в земле превышает количество урана в 100000 раз, но извлечение чистого элемента (99,99%) по старой хлорсилановой технологии стоит около 100$/кг и равняется цене производства гексафторида урана.

Разработаны новые и экономные восстановительные процессы для добычи кремния из природного кварцита (5—15$/кг). Пока производителей, работающих на электрофизических методах восстановления, слишком мало в мире. Из-за этого невозможно удовлетворить имеющийся спрос на недорогие фотоэлектрические панели.

Как развита солнечная энергетика в России?

По данным Института энергетической стратегии теоретический потенциал альтернативной энергетики в России составляет 2300 млрд тонн условного топлива. Но даже эта цифра не влияет на скорость перехода к использованию ВИЭ. Богатство недр российской земли углеводородным сырьем и ураном задерживает прогресс в этой сфере.

На 2017 год общий гелиоэнергетический баланс Германии колебался в пределах 20%, на тот момент в России показатель составлял 0,03%. Это доказывает, что гелиоэнергетика медленно развивается в России и в ближайшее время не может догнать другие страны.

По прогнозам International Energy Agency к 2050 г лидеры в области генерации энергии Солнца смогут производить до 25% общемировой электроэнергии.

Без господдержки предприниматели не стремятся инвестировать в развитие гелиоэнергетики. Причиной этого считается отсутствие желания ждать окупаемости проекта, так как традиционные способы получения электроэнергии дешевле.

Многое зависит от инициативы местных властей. Региональным органам управления доступно разработать собственные программы по развитию гелиоэнергетического электроснабжения. Такие проекты воплощены в жизнь в Бурятии, Краснодарском и Красноярском краях.

Уровень среднегодовой инсоляции в разных регионах РФ позволяет полноценно эксплуатировать СЭС. Даже в областях с низкой солнечной активностью возможно снизить энергопотребление до 50%. Наибольшие перспективы развития принадлежат Крыму, Кавказу, Ставрополью, Дальнему Востоку.

В каких регионах используется?

Новые российские гелиоэнергетические станции функционируют более чем в 25 регионах. По вырабатываемой мощности первыми лидерами стали:

Орская 40 МВт и Соль-Илецкая 25 МВт (Оренбургская область);
Самарская 50 МВт;
Бурибаевская 20 МВт и Бугульчанская 15 МВт (Башкортостан);
Кош-Агачская (Алтай) 10 МВт.

Крымские станции работают независимо от Единой энергетической системы страны. На 2019 год открыто 13 СЭС с мощностью 289,5 мегаватт.

Солнечная энергетика: аналитика

Исследования ученых утверждают, что всего 0,0125% генерируемого излучения Солнца обеспечит современные запросы мировой энергетики. По оценкам специалистов (German Advisory Council on Global change) к 2100 году гелиоэнергетика станет доминирующим звеном среди существующих источников энергии.

В Германии, США, Китае поощряются автономные дома, обустроенные солнечными накопительными элементами. Модули, расположенные на крышах, обеспечивают жильцов электричеством, что снижает энергопотребление на 60%.

Анализ рынка солнечной энергетики в России показывает, что страна не готова к быстрому переходу на ВИЭ. Из-за отсутствия государственной поддержки и низкого спроса производство фотоэлектрических модулей ограничено. В этом сегменте представлены только несколько компаний:

Осведомленность о потенциале гелиоэнергетики в РФ крайне мала, поэтому даже сочетание экономических и климатических факторов пока не делает ее конкурентоспособной.

Перспектива развития на территории России

С 2016 года в мире отмечается скачок в использовании альтернативных источников энергии. При такой тенденции РФ не может оставаться в стороне. К концу 2019 года мощность солнечной энергосистемы страны составляет 0,04% (более 320 МВт), но для такой территории этого слишком мало.

В связи с этим Министерство энергетики выбрало 3 направления по увеличению масштабов гелиоэнергетического электроснабжения:

Привлечение инвестиционных вложений. При государственной поддержке инвесторам разрешено подключаться к монополистам энергосетей и зарабатывать на генерации солнечной энергии. Заключенный договор о поставке мощностей гарантирует возврат вложенных денег в течение 15 лет.

Развитие отдаленных регионов. На 75% территории страны нет центрального электроснабжения, что объясняет дороговизну топлива. По этим причинам был одобрен национальный проект по созданию большого количества автономных солнечно-дизельных установок мощностью 100 кВт. В будущем небольшие станции на 10—15 МВт будут работать по всей Сибири и Дальнему Востоку.

Поддержка частных собственников. Разрабатывается разрешение на установку домашних панелей мощностью до 15 кВт и продажу излишек энергии в электросети.

В планах на 2024 год в России планируется строительство станций общей мощностью 1,4 ГВт.

Благодаря научно-техническому прогрессу гелиоэнергетика активно внедряется в экономику многих государств. По статистике цена сгенерированного от Солнца электричества падает каждый год на 4%. При таких тенденциях ожидается смещение мирового энергетического баланса в сторону ВИЭ, что не может не сказаться на развитии солнечной энергетики в России.

Альтернативная энергетика и экология: виды и пути развития

Достоинства и недостатки солнечной энергетики

Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии

Плюсы и минусы геотермальной энергетики

Использование энергии морских приливов и отливов

Принцип работы волновых электростанций

Геотермальные электростанции: плюсы и минусы выработки электроэнергии ГеоТЭС

Политика развития так называемых новых источников энергии сформулирована в стратегических отраслевых документах — Доктрине энергетической безопасности и утвержденной в 2020 году Энергетической стратегии Российской Федерации до 2035 года. Правда, по самым благоприятным подсчетам, доля ВИЭ в российской энергосистеме к этому году составит 3-5%.

Выступая на Форуме стран — экспортеров газа (ФСЭГ), генеральный директор Российского энергетического агентства Минэнерго России Алексей Кулапин заявил о том, что пока ВИЭ не будут способны обеспечивать бесперебойное энергоснабжение, переходным топливом станет природный газ как наиболее чистый энергоресурс.

Основная доля среди ВИЭ в России приходится на гидроэнергетику. Генерация энергии от солнца, ветра и других источников, несмотря на огромный потенциал, развивается пока скромно.

Впрочем, за последние несколько лет в России начали производить оборудование для солнечной и ветровой энергетики, а также построили первые современные промышленные солнечные (СЭС) и ветровые (ВЭС) электростанции.

Солнечная энергетика в России

В марте 2021 года в России заработал закон о микрогенерации, благодаря которому у компаний и частных лиц появилась возможность продавать энергию во внешнюю сеть. Это значит, что домохозяйства, а также малые и средние предприятия, владеющие объектами микрогенерации, смогут поставлять избыточную электроэнергию в сеть — например, днем, когда потребление электроэнергии домохозяйством является низким, а выработка от домашней микро-СЭС — высокой. При этом выдача генерирующей мощности в сеть будет ограничена 15 кВт.

Но даже без этого темпы роста количества солнечных станций в России набирают обороты, особенно среди владельцев промышленных и коммерческих объектов. Во многих регионах РФ стоимость солнечной энергии уже ниже стоимости энергии из сети, а сроки окупаемости станций для предприятий снизились до пяти лет.

Самые крупные СЭС России — Старомарьевская СЭС в Ставропольском крае мощностью 100 МВт, Фунтовская СЭС мощностью 75 МВТ в Астраханской области, Самарская СЭС мощностью 75 МВт.

Как следует из недавно опубликованного исследования, перспективными регионами для развития солнечной энергетики могут стать Амурская область, Еврейская автономная область, Забайкальский край, Приморский край, Республика Алтай, Республика Бурятия, Республика Дагестан, Республика Тыва. В этих регионах солнечная генерация может обойтись менее чем в ₽4 за 1 кВт·ч. Интересно, что солнечных дней в некоторых городах Дальнего Востока, например, в Хабаровске, больше, чем в Сочи.

Ветроэнергетика в России

Размер российского ветроэнергетического рынка невелик и составляет менее 1% от мирового. Россия является единственной крупной экономикой мира, в которой ветроэнергетика только начинает делать первые шаги. Но есть и положительные тенденции — общая установленная мощность ВЭС в нашей стране составляет более 1 ГВт, причем за прошедший 2020 год ввели в эксплуатацию ряд новых ветроэнергетических установок общей мощностью 700 МВт.

Как российский бизнес заинтересовался ВИЭ

В России начинает формироваться корпоративный спрос на электроэнергию от ВИЭ, в первую очередь, на фотовольтаические установки. Компании привлекают снизившаяся за последние годы стоимость солнечных модулей и возможность с их помощью экономить на тарифах на электроэнергию.

нефтегазовые компании — 73,91% (11,45 МВт);
объекты коммерческой недвижимости — 15,91% (2,47 МВ);
горнодобывающие компании — 6,84% (1 060 кВт).

В середине апреля инвестиционное подразделение Ingka Group (материнской компании IKEA) заявило о крупнейшей сделке стоимостью ₽21 млрд, в результате которой компания приобрела 49% акций в восьми солнечных фотоэлектрических парках в разных регионах России. Солнечная энергия, полученная из них, позволит обеспечивать электричеством все 17 магазинов IKEA в России, а также несколько ТРЦ Мега. Это первая инвестиция такого масштаба иностранной компании в развитие ВИЭ в России.

Примеры использования ВИЭ российскими компаниями

Фотоэлектрическая система энергоснабжения (ФЭС) мощностью 252 кВт на своем предприятии в Новокуйбышевске.

СЭС мощностью 1,2 МВт на Омском нефтеперерабатывающем заводе.

Строительство новых СЭС на неиспользуемых площадках НПЗ в Саратове и Волгограде, а также проекты по строительству ВЭС.

Строительство СЭС и ветрогенераторов в Аксайском районе Ростовской области общей мощностью 200 КВт для обеспечения энергией ТРК Мега.

Совместное предприятие российского подразделения энергетического концерна Fortum и РФПИ начало обеспечивать поставки электроэнергии, произведенной ветропарками в Ростовской области, на завод Procter&Gamble в Новомосковске Тульской области.

Первой среди горнолыжных баз России установила пилотную солнечную электростанцию мощностью 80 кВт.

Торговый комплекс Гарант (Краснодар)

Сетевая солнечная электростанция установленной мощностью 427 кВт.

Аналитики Neosun Energy также изучили ввод нового генерирующего оборудования в работу на электростанциях ЕЭС России за пять лет. Выяснилось, что по сравнению с 2015 годом объекты, функционирующие на основе использования ВИЭ, в 2019 году стали строиться в девять раз чаще. Даже два года назад прогнозировать такое было сложно — в 2018 году на возобновляемые источники энергии приходилось всего 7,6% введенного нового генерирующего оборудования, но по итогам 2019 их доля выросла почти в четыре раза — до 29,1%.

Большая часть построенных в 2019 году объектов ВИЭ пришлась на солнечные электростанции (57%, в 2017 году — 29%). Вторую строчку заняли ГЭС (38%, в 2017 году — 64%), а третью ВЭС (5%, в 2017 году — 7%).

Есть ли будущее у альтернативных источников энергии в России

Несмотря на положительные тенденции, об активном развитии ВИЭ в России речи пока не идет.

Еще одна из причин отсутствия развития в этой сфере — недостаточное количество специалистов в области ВИЭ.

Илья Лихов, гендиректор Neosun Energy:

Ирина Головашина, представитель Гёте-Института в Москве:

Число образовательных проектов будет неизбежно увеличиваться, ведь ВИЭ продолжают создавать многочисленные рабочие места по всему миру. Согласно данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), количество рабочих мест в секторе достигло в 2020 году 11,5 млн по всему миру. Большинство работ — в сфере солнечной энергетики, здесь заняты 3,8 млн сотрудников.

Рис. 2. Пётр Леонидович Капица

Кто же прав? Главный идеолог современной России по внедрению ВИЭ или великий физик Советского Союза? Данный вопрос сводится к вопросу перспектив внедрения в условиях нашей страны солнечных (СЭС) и ветряных (ВЭС) электростанций. Данный вопрос весьма актуален, поскольку ответ на него может являться основанием для политических решений на государственном уровне, которые могут повлечь за собой положительные или отрицательные последствия социально-экономического и экологического характера. Поэтому целью данной работы является анализ перспектив внедрения СЭС и ВЭС в России. Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

Оценить потенциал энергии солнечного излучения и ветра на территории России;

Определить мощностные показателей некоторых эксплуатирующихся в России СЭС и ВЭС и сравнить их с аналогичными показателями электростанций традиционной энергетики;

Выделить основные проблемы на пути внедрения СЭС и ВЭС;

Оценить целесообразность применения СЭС и ВЭС в российских условиях с учётом наблюдающихся тенденций в области мировой энергетики.

Потенциал энергии солнечного излучения в России

На рис. 3 приведена карта распределения по территории России среднегодовой энергетической освещённости оптимально ориентированной неподвижной поверхности, взятая из [3]. В легенде карты приведены две шкалы с размерностями кВт·ч/(м 2 ·день) и Вт/м 2 . Вторая шкала демонстрирует значения максимальной средней мощности, которую можно было бы получать с одного квадратного метра оптимально ориентированной неподвижной рабочей поверхности солнечной установки, если бы её КПД был равен 100%. Однако КПД эксплуатируемых солнечных установок находится в диапазоне 10-20%, поэтому максимальная полезная мощность, которую можно получить как минимум в 5 раз меньше, чем потенциально возможная.

Рис. 3. Среднегодовая энергетическая освещённость оптимально ориентированной поверхности

Как видно из рис. 3 наибольшим солнечным потенциалом обладают Приморье и юг Иркутской области, где среднегодовая суточная энергетическая освещённость оптимально ориентированной поверхности может достигать 208 Вт/м 2 (при среднегодовой суточной инсоляции 5 кВт·ч/м 2 [3]). По этому значению оценим максимальную среднегодовую удельную электрическую мощность, которую может иметь солнечная электростанция (СЭС) в России. Под удельной среднегодовой электрической мощностью понимается полезная электрическая мощность, вырабатываемая электростанцией, приходящаяся на один квадратный метр земной поверхности, затеняемой солнечными панелями.

Будем считать, что электростанция состоит из рядов неподвижных фотоэлектрических панелей, наклонённых под оптимальным углом к поверхности земли, примерно равным широте местности φ. Чтобы электростанция работала наиболее эффективно, панели не должны затенять друг друга, поэтому расстояние между рядами панелей будет определяться минимальным углом падения солнечных лучей на данной широте, который в северном полушарии Земли достигается в день зимнего солнцестояния, около 22-го декабря, а в южном — в день летнего солнцестояния, около 22-го июня. На рис. 4 представлена схема освещения Солнцем рядов фотоэлектрических панелей в день зимнего солнцестояния в северном полушарии в истинный полдень, то есть когда Солнце находится в верхней кульминации.

Рис. 4. Схема освещения Солнцем рядов панелей солнечной электростанции в день зимнего солнцестояния в истинный полдень

Если среднегодовая энергетическая освещённость панелей равна E, а КПД электростанции равен η, то её удельную мощность можно определить по формуле, следующей из геометрических расчётов: ρ = E·η·cos(φ + ε)/cos ε, где ε ≈ 23.5° — угол наклона небесного экватора к плоскости эклиптики. У четырёхкаскадных солнечных элементов, изготовленных в Германии (Fraunhofer ISE/Soitec), при использовании концентрирования солнечного излучения в 500 раз, КПД достигает 46% [4]. На данном этапе развития солнечной энергетики это максимальное значение КПД, достигнутое на практике. Пренебрегая потерями в электросетях, преобразователях и накопителях электроэнергии, примем η = 0.46. Тогда для широты 50° максимально возможная удельная мощность солнечной электростанции в России составит 30 Вт/м 2 . Для следящих поверхностей в наиболее солнечных районах России энергетическая освещённость может достигать 292 Вт/м 2 (при среднегодовой суточной инсоляции 7 кВт·ч/м 2 [5]), поэтому при использовании следящих солнечных панелей потенциальная удельная мощность электростанции составит 42 Вт/м 2 . Но стоит заметить, что пока по экономическим соображениям на практике применяются гораздо менее эффективные солнечные элементы, а также предпочтение отдаётся стационарным солнечным панелям. Кроме того часть энергии теряется в сетях и различных устройствах (аккумуляторах, инверторах, распределителях и т.п.), поэтому реальные значения удельной мощности будут значительно меньше потенциально возможного уровня. При этом различные открытые информационные источники содержат заведомо несправедливую для России информацию, например, в [6] указано, что СЭС имеют удельную мощность 50–100 Вт/м 2 .

Потенциал энергии ветра в России

Теперь рассмотрим потенциал ветров на территории нашей страны. На рис. 5 изображена карта распределения среднегодовой скорости ветра на территории России.

Рис. 5. Карта распределения среднегодовой скорости ветра на территории России [7]

Опыт показывает, что для промышленного применения ветряных электростанций (ВЭС) требуется среднегодовая скорость ветра от 6.95 м/с [8], а для обеспечения самоокупаемости ВЭС требуется среднегодовая скорость ветра от 5 м/с [9]. Как видно из рис. 5, на большей части территории России применение ВЭС нецелесообразно. Наиболее благоприятными для промышленного применения ВЭС являются территории, примыкающие к побережьям северных и восточных морей России, а также Чёрного и Азовского морей. Наибольший интерес ветряная энергетика может представлять для прибрежных территорий от Карского до Охотского моря, вне зоны централизованного энергоснабжения.

Сравнение солнечных и ветряных электростанций с электростанциями традиционной энергетики

Теперь сравним мощностные показатели действующих в России СЭС и ВЭС с аналогичными показателями электростанций традиционной энергетики, а именно тепловых (ТЭС), атомных (АЭС) и гидроэлектростанций (ГЭС). Особый интерес представляет такой показатель, как среднегодовая удельная электрическая мощность электростанции

N_уст — установленная электрическая мощность электростанции, МВт;
КИУМ — коэффициент использования установленной мощности, %;
S — площадь территории электростанции, км 2 .

Среднегодовая удельная электрическая мощность характеризует эффективность использования территорий для производства электроэнергии, поскольку показывает, сколько среднегодовой вырабатываемой электростанцией мощности приходится на единицу площади её территории. По нему можно оценить сколько территории будет отчуждено при строительстве новой электростанции определённого типа.

В табл. 1 приведены значения среднегодовой удельной мощности некоторых российских электростанций, рассчитанные по данным открытых источников [10–23]. Площади территорий электростанций рассчитаны с помощью ресурса Google Earth [24]. Для заполнения табл. 1 в основном использованы данные за 2018 год.

Если сделать отступление в сторону традиционной энергетики, стоит заметить, что наибольшими удельными мощностями обладают современные ТЭС, имеющие в составе оборудования газотурбинные установки. Традиционные ТЭЦ с паротурбинными установками (Приуфимская ТЭЦ, Камчатская ТЭЦ-2) заметно уступают по удельной мощности газотурбинным ТЭС (Талаховская ТЭС, Новокузнецкая ГТЭС) и парогазовым ТЭС (ТЭС Международная, Сочинская ТЭС). Можно сделать вывод, что среди применяемых в современной энергетике электростанций парогазовые ТЭС обладают наибольшей удельной мощностью, обходя по данному показателю в том числе атомные и гидроэлектростанции.

Проблемы внедрения солнечных и ветряных электростанций для промышленного производства электроэнергии в России

Как показали вышеприведённые результаты расчётов, Пётр Леонидович Капица был прав, говоря ещё в 1975 году об экономической нецелесообразности использования энергии солнечного излучения и ветра из-за низкой плотности энергетического потока. Действительно, СЭС и ВЭС сильно уступают традиционным электростанциям по среднегодовой удельной электрической мощности, поэтому в регионах с высоким сельскохозяйственным потенциалом, применение таких электростанций недопустимо.

В конечном итоге перечисленные ранее трудности вытекают в проблему высокой стоимости электроэнергии, вырабатываемой на СЭС и ВЭС. В табл. 2 представлена себестоимость электроэнергии различных типов электростанций согласно прогнозу РусГидро [26].

Таблица 2 Себестоимость электроэнергии, генерируемой на различных электростанциях (прогноз РусГидро на 2020 год)

Перспективы развития солнечной и ветряной энергетики в России

Рис. 6. Прогноз МЭА мирового производства электроэнергии для сценария на основе сокращения удельных выбросов СО₂

В данном докладе вопрос вызывают абсолютные цифры прогноза мирового производства электроэнергии, поскольку даже не были указаны размерности, но суть не в этом. Если рассмотреть вертикальную шкалу графика, представленного на рис. 6, в относительных единицах, то можно определить, что в 2018 году суммарная выработка электроэнергии с помощью ВИЭ должна была достичь примерно 10%. А потребление нефти и угля для производства электроэнергии должно было снизиться. Но в действительности наблюдается другая картина. На рис. 7 представлен график мирового энергопотребления до 2018 года, опубликованный в статистическом обзоре мировой энергетики нефтяной компании British Petroleum (BP) [28]. Согласно данным BP мировое потребление энергии, полученной с помощью ВИЭ, составило примерно 3,6%, что почти в три раза меньше прогнозного значения МЭА. В то же время потребление газа и нефти возросло, а потребление угля почти не изменилось. Глядя на текущие тенденции потребления энергоресурсов, трудно сказать, что в ближайшие годы генерация электроэнергии с помощью ВИЭ, в том числе на СЭС и ВЭС, составит серьёзную конкуренцию традиционной энергетике, даже несмотря на пока стабильный рост её доли в мировом энергопотреблении.

Рис. 7. График мирового энергопотребления в млн. тонн нефтяного эквивалента [28]

Исходя из вышеизложенного можно заключить, что промышленное применение солнечных и ветряных электростанций на территории России в текущих условиях нецелесообразно по ряду причин:

СЭС и ВЭС обеспечивают весьма низкую среднегодовую удельную электрическую мощность — на 2-3 порядка ниже, чем у традиционных электростанций.

Себестоимость солнечной и ветровой электроэнергии в несколько раз выше себестоимости электроэнергии, вырабатываемой на традиционных электростанциях, поэтому строительство СЭС и ВЭС в зоне централизованного энергоснабжения следует рассматривать как нерациональное вложение денежных средств.

Россия не обладает полным набором собственных отработанных технологий для производства солнечных и ветряных электростанций, поэтому при строительстве на её территории СЭС и ВЭС широко применяются иностранные технологии, что дополнительно ставит в зависимость российскую энергетику от других стран.

Тем не менее, результаты проведённого анализа не ставят крест на развитии солнечной и ветровой энергетики в России, однако приводят к следующим выводам:

Во-первых, развитие солнечной и ветровой энергетики в России должно в первую очередь сводиться к разработке отечественных технологий, которые затем можно применять в местах, где применение СЭС и ВЭС действительно оправдано.

Во-вторых, СЭС в России могут быть востребованы лишь в отдельных частных случаях, поскольку наиболее благоприятные для их применения территории находятся в зоне централизованного энергоснабжения.

В-третьих, ВЭС могут быть востребованы для отдельных потребителей, расположенных вдоль побережий северных и восточных морей нашей страны в энергетически изолированных зонах.

Отдельно следует подумать о возможности снижения энергопотребления, вероятно, путём развития у людей более бережного отношения к энергетическим ресурсам, а также путём создания и совершенствования энергосберегающих технологий.

Читайте также: