ОБЗОР НЕТРАДИЦИОННОЙ ЭНЕРГЕТИКИ ОРЕНБУРГСКОЙ ОБЛАСТИ

В статье рассмотрены принцип действия ветровых и солнечных электростанций, их основные виды, достоинства и недостатки. Приведено описание климатических условий Оренбургской области и обоснование к возможности развития нетрадиционной энергетики. Анализируется состояние имеющихся объектов солнечной и ветровой энергетики Оренбуржья, экономические, экологические и эксплуатационные аспекты их использования, а также перспективы развития отрасли.

ОБЗОР НЕТРАДИЦИОННОЙ ЭНЕРГЕТИКИ ОРЕНБУРГСКОЙ ОБЛАСТИ

УДК 620.4

Маркин Виктор Андреевич

Оренбургский государственный университет

студент Электроэнергетического факультета

г. Оренбург, Россия

E-mail: vick.markin2018@yandex.ru

Маслов Владимир Анатольевич

Оренбургский государственный университет

студент Электроэнергетического факультета

г. Оренбург, Россия

Галушко Марина Викторовна

кандидат экономических наук, доцент

Оренбургский государственный университет

кафедра экономики и организации производства

г. Оренбург, Россия

Научный руководитель: Акулова Альфия Шавкатовна

кандидат экономических наук, доцент

Оренбургский государственный университет

кафедра экономики и организации производства

г. Оренбург, Россия

GUIDE THROUGH NON-TRADITIONAL ENERGETICS IN ORENBURG REGION

Markin Viktor Andreevich

Orenburg State University

Student Electroenergetic faculty

Orenburg, Russia

E-mail: vick.markin2018@yandex.ru

Maslov Vladimir Anatolievich

Orenburg State University

Student Electroenergetic faculty

Orenburg, Russia

Galushko Marina Viktorovna

Candidate of Economic Sciences, associate professor

Orenburg State University

Department of Economics, organization of production

Orenburg, Russia

Academic adviser: Akulova Alfiya Shavkatovna

Candidate of Economic Sciences, associate professor

Orenburg State University

Department of Economics, organization of production

Orenburg, Russia

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены принцип действия ветровых и солнечных электростанций, их основные виды, достоинства и недостатки. Приведено описание климатических условий Оренбургской области и обоснование к возможности развития нетрадиционной энергетики. Анализируется состояние имеющихся объектов солнечной и ветровой энергетики Оренбуржья, экономические, экологические и эксплуатационные аспекты их использования, а также перспективы развития отрасли.

АBSTRACT

In the article the working principle of wind and sun power plants is explored. The description of climate in Orenburg region and reason for ability of developing non-traditional energetics are given. Condition of available objects of Orenburg wind and sun energetics, economical, ecological and handling aspects of their usage and also perspectives of industry developing are analyzed.

Ключевые слова: нетрадиционная энергетика, Оренбургская область, ветроэнергетика, солнечные электростанции

Key words: non-traditional energetics, Orenburg region, wind energetics, sun power plants

В настоящее время во всем мире наблюдается стремительный рост потребления электрической энергии, что приводит к постепенному исчерпанию естественных источников энергии, таких как уголь, нефть и газ. Поэтому всё более значимыми становятся нетрадиционные и возобновляемые источники, особенностями которых являются неисчерпаемость и экологичность. Такими источниками являются: солнечная, ветровая, геотермальная, гидротермальная, водородная, энергия морских приливов, энергия морских течений, гидротаранная энергия и др. [1]. Альтернативная энергетика постепенно занимает все более прочные позиции в вопросе энергообеспечения как промышленных потребителей, так и частного сектора.

На сегодняшний день в России нетрадиционная энергетика находиться на начальной стадии своего развития. На долю альтернативных источников приходиться менее 1% выработки всей электроэнергии, что значительно меньше, чем у большинства развитых стран. В целом по стране наибольшее распространение получают солнечные (СЭС) и ветровые (ВЭС) электростанции. Наиболее благоприятными для развития этих видов энергетики являются южные регионы страны, из которых Оренбургская область считается наиболее перспективной. В Оренбургской области уже установлены самые мощные в России солнечные станции, а также несколько небольших ветровых электростанций. Широкими темпами идет строительство более крупных ВЭС и СЭС, что позволит области и в будущем занимать лидирующие позиции по использованию энергии солнца и ветра.

Ветроэнергетика Оренбуржья

Ветер представляет собой движущийся поток воздушной массы. Для его преобразования в электроэнергию используют специальные устройства, получившие названия ветрогенераторы. Принцип работы ВЭС прост: поток воздуха проходит через ветряную турбину, тем самым приводя ее во вращение за счет особых аэродинамических свойств лопастей этой турбины. В свою очередь, ветротурбина раскручивает электрогенератор, который вырабатывает электричество. Количество выработанной электроэнергии прямо пропорционально кубу скорости ветра, поэтому использовать ветрогенераторы целесообразно при скорости ветра не менее 4,5 м/c.

Достоинствами ВЭС являются:

– экологичность (отсутствие выбросов вредных веществ в окружающую среду);

– малый обслуживающий персонал, ввиду простоты конструкции;

– возобновляемость источника энергии – ветра.

Недостатки ветровых станций:

– нестабильность (зависимость от скорости и направления ветра);

– создание радиопомех металлическими лопастями;

– высокий уровень шума.

Климатические и географические условия Оренбургской области обуславливают постоянные сильные ветра с ярко выраженной изменчивостью как по направлению, так и по скоростному режиму. Летом преобладает западное и восточное направление ветра, а зимой – юго-западное и восточное. Наиболее сильный ветер наблюдается зимой во время метелей и летом при низкой влажности воздуха и высокой температуре. Среднегодовая скорость ветра в Оренбургской области в зависимости района изменяется в пределах 2,5 – 4,5 м/с. Таким образом, Оренбуржье не входит в число благоприятных для ветроэнергетики регионов (средняя скорость ветра здесь ниже 5 м/с), однако степной ландшафт постоянно продувается со всех сторон, что делает возможной установку ветрогенераторов [2].

На сегодняшний день нет действующих в области крупных ветровых станций. Как правило, мощности имеющихся ветроустановок составляют от нескольких десятков киловатт до единиц мегаватт. Однако идет строительство крупных станций мощностью десятки мегаватт, которые планируются к введению в эксплуатацию к 2021 году. По состоянию на 2018 год в Оренбургском регионе действующими ВЭС являются:

– ВЭС с. Тамар-Уткуль (рис. 1), 2,725 МВт, введена в эксплуатацию в 2013 г;

– ВЭС г. Орск, 0,4 МВт;

– небольшие ВЭС в Тюльгане, Сорочинске, Орске, поселках Каргала, Самородово, а также в Кувандыкском и Гайском районах.

К числу строящихся ВЭС можно отнести:

–три ветропарка суммарной мощностью 150 МВт, компанией ведущей проектирование является компания «ВентРус»;

– Новосергеевская ВЭС, 10 МВт;

– ВЭС Аэропорт, 10 МВт.

Особое значение для развития ветроэнергетики области имеет наличие собственного производства ветряных установок на Тюльганском электромеханическом заводе. Данное предприятие занимается поставкой, установкой и обслуживанием ВЭС для предприятий. На заводе осуществляется производство ветроэлектрических установок мощностью от 25 до 250 кВт, лопастей различных типов, а также трансформаторные подстанции и другое электрооборудование. Помимо собственного производства, завод освоил технологию капитального ремонта бывших в употреблении ВЭС европейского производства.

C:\Users\Asus\Desktop\Учеба\4 курс\7 семестр\Экономика и орг. пр\Доклад\Прочее\Q5M6Zio6Quo.jpg Рисунок 1. Ветропарк в селе Тамар-Уткуль, Оренбургская область

Солнечная энергетика Оренбургской области

Принцип работы солнечных станций зависит от типа её конструкции. Выделяют следующие типы СЭС [3]:

1) Башенные электростанции (рис. 2). В центре такой станции находится башня, на вершине которой расположен резервуар с водой, окрашенный в черный цвет для наилучшего поглощения видимого излучения и тепла. Полученный пар вращает турбогенератор, который расположен на территории станции. Вокруг башни устанавливают гелиостаты, они нужны для того чтобы направлять отраженное солнечное излучение на резервуар с водой. Гелиостат представляют собой прибор способный поворачивать зеркала в соответствии с движением солнца в течение дня.

2) Тарельчатые электростанции (рис. 3). Тарельчатые солнечные электростанции используют отдельные модули, каждый из которых генерирует электричество. Модуль содержит отражатель, и приемник. На специальной опоре устанавливается параболическая сборка из зеркал, которая формирует отражатель. Приемник находится в фокусе параболоида. Отражатель состоит из нескольких зеркал, каждое настраивается индивидуально. Приемником может выступать двигатель Стирлинга, соединенный с генератором, либо емкость с водой. Тарелка поворачивается вслед за солнцем в течение дня. КПД составляет 34%, каждая такая «тарелка» способна давать потребителю 85 МВт-ч электроэнергии в год.

3) Параболоцилиндрические концентраторные солнечные электростанции (рис. 4). В данном типе солнечной электростанции теплоноситель нагревается сконцентрированным отраженным излучением. Зеркало имеет форму параболического цилиндра, располагается в направлении север-юг, и совершает вращение вслед за солнцем. В фокусе зеркала установлена трубка, по которой перемещается жидкий теплоноситель. После того, как теплоноситель достаточно разогрелся, в теплообменнике тепло передается воде, где пар опять же вращает генератор.

4) Фотоэлектрические электростанции (рис. 5). Модули на базе кремниевых элементов широко применяют для электроснабжения небольших объектов. Промышленные же фотоэлектрические станции способны обеспечить электроснабжение небольших городов. Принцип действия таких станций прост. Энергия фотонов света преобразуется в ток в кремниевой пластине, внутренний фотоэффект в этом полупроводнике давно изучен и взят на вооружение производителями солнечных батарей.

5) Солнечно-вакуумные электростанции (рис. 6). В качестве принципа работы, здесь используется естественный поток воздуха, возникший благодаря перепаду температур. Строится оранжерея, представляющая собой накрытый стеклом участок земли. В центре оранжереи находится башня, которая представляет собой высокую трубу, в которой установлена турбина генератора. Солнце разогревает оранжерею, и воздух устремляясь через трубу вверх, вращает турбину. Тяга сохраняется постоянной, пока солнце разогревает воздух в закрытом стеклом объеме, и даже ночью, пока поверхность земли сохраняет тепло.

Рисунок 2. СЭС башенного типа

Рисунок 3. Тарельчатые СЭС

Рисунок 4. Параболоцилиндрические концентраторные солнечные электростанции

Рисунок 5. Фотоэлектрические электростанции

Рисунок 6. Солнечно-вакуумный тип электростанции

Наиболее часто используемыми в мировой практике солнечными электростанциями являются станции на фотоэлектрических модулях. Ниже перечислены основные достоинства и недостатки данного вида электростанций.

Достоинства СЭС:

1. Неисчерпаемый вид энергии;

2. Общедоступность;

3. Экологичность (по сравнению с ТЭЦ);

4. Не большой персонал обслуживания (состоит из 5-7 человек в ОПУ);

Недостатки СЭС:

1. Прямая зависимость от погоды и времени суток;

2. Высокая стоимость конструкции;

3. Сезонность;

4. Необходимость периодической очистки солнечных панелей;

5. Большая занимаемая площадь, с последующим отчуждением земли;

6. Сложность производства и утилизация;

7. Высокая себестоимость электроэнергии (Цена за 1кВт/ч составляет примерно 5 рублей).

Все СЭС Оренбуржья являются станциями фотоэлектрического типа, данный тип СЭС позволяет получать электричество из энергии солнца самым эффективным способом из всех существующих на сегодняшний день способов.

По выработке электроэнергии солнечными электростанциями Оренбургская область занимает ведущие место в Российской Федерации. СЭС Оренбуржья вырабатывают 90 МВт электроэнергии. Это достигается благодаря особенностям климата Оренбургской области, а именно большому числу солнечных дней в году. Количество солнечных дней в году для Оренбуржья составляет 166.

На данный момент в Оренбургской области действуют следующие СЭС: Сорочинская, Новосергеевская, Орская, Соль-Илецкая, Плешановская, Грачевская и Переволоцкая. Их суммарная мощность составляет 195 МВт. Помимо этих станций к 2020 году планируется ввести в строй: Первомайскую, Переволоцкую (2-я очередь), Оренбургскую (3 очереди), Державинскую и другие солнесные станции. Всего федеральной программой по развитию нетрадиционной энергетики России предусмотрено введение эксплуатацию 70 МВт «солнечной» мощности до 2020 года.

По состоянию на ноябрь 2018 года крупнейшими солнечными станциями в Оренбургской области являются: Орская СЭС, СЭС «Нептун» (Новосергеевка) и СЭС «Уран» (Сорочинск). Ниже будет приведен обзор каждой станции, освещены экономические, технические, эксплуатационные и экологические аспекты при использовании данных объектов.

Сорочинская СЭС «Уран» и Новосергеевская СЭС «Нептун» (рис. 7 и 8) были введены в эксплуатацию одновременно 14 ноября 2018 года. Их мощности равны соответственно 60 и 45 МВт, что делает эти станции самыми крупными не только в Оренбуржье, но и в России в целом. Станции были построены в рамках федеральной программы по развитию нетрадиционной энергетики. Инвестором выступила крупнейшая в России компания, работающая в сфере электроэнергетики и теплотехники, «Т Плюс».

СЭС «Уран» занимает территорию 120 гектар и состоит из более 200 тысяч фотоэлементов. СЭС «Нептун» соответственно: 95 гектар и более чем 150 тысяч фотоэлементов. Фотоэлектрические модули, как и в случае с Орской СЭС, отечественного производства (предприятие ООО «Хевел» в Чувашии). Строительство обеих станций длилось около 9 месяцев, несмотря на то что изначально график строительных работ был рассчитан на 1 год. Общая стоимость проектов составила 10 млрд рублей.

Новые станции обладают достаточной мощностью, чтобы покрыть нагрузки Сорочинского городского округа и Новосергеевского района (около 10 тысяч частных домов). При эксплуатации станций планируется экономия до 40 тысяч тонн условного топлива ежегодно, что позволит значительно сократить выбросы вредных веществ в атмосферу [5].

Орская солнечная электростанция (рис. 9) является одним из крупнейших объектов солнечной энергетики России, ее мощность составляет 40 МВт. Данная станция эксплуатируется с 2015 года. Владельцем станции является компания ПАО “Т Плюс”. Электростанция находится между Орском и Гаем. Станция подобная Орской может обеспечить электроэнергией половину города Орска, включая промышленные предприятия. Стоимость проекта составила примерно 3 млрд. рублей. Солнечная электростанция состоит из 200 000 фотоэлектрических модулей, данные модули производятся в России. Модули закрепляются на специальных опорах выполненных из металла. Их общий вес превышает 3 000 тонн, суммарная площадь занимаемых земель составляет 100 гектаров, а длина периметра примерно 6000 метров.

На станции установлен силовой трансформатор, который предназначен для повышения напряжения, полученного от всех блочно-модульных инверторных установок. Трансформатор повышает напряжение с 10 до 110 кВ и передает его в сеть. Обслуживающий персонал, оборудование защит и автоматизации, пожарные и другие системы находятся в оперативных пунктах управления (ОПУ-15 МВт или ОПУ-25).

За 3,5 года эксплуатации Орская СЭС выработала примерно 150 миллионов киловатт-часов электрической энергии. Работа данной СЭС позволило сэкономить почти 36 тысяч тонн у.т, а также сократить выбросы вредных веществ в атмосферу Орска на 200 тонн [4].

Рисунок 7. Новосергеевская СЭС «Нептун»

Рисунок 8. Сорочинская СЭС «Уран»

Рисунок 9 – Орская СЭС

В заключении стоит еще раз отметить, что солнечная и ветровая энергетика России – относительно новая отрасль промышленности, находящаяся на стадии становления. Несмотря на то, что мощности наиболее существующих крупных ВЭС и СЭС не превышают 100 МВт, имеются серьезные основания для развития отрасли. Главными обоснованиями являются постепенное исчерпание естественных природных ресурсов (в основном нефть и газ) и загрязнение атмосферы выбросами вредных веществ при работе тепловых электростанций. В то же время развитие новых отраслей в энергетики требует привлечение значительных инвестиций крупных компаний, что возможно лишь при соответствующей политике государства. Именно данный фактор является определяющим при изменениях в электроэнергетической отрасли в целом.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Лабейш В.Г. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. – СПб., 2003.

2. Ветрогенераторы – еще один альтернативный источник энергии в Оренбуржье (Электронный ресурс). URL: ria56.ru/posts/vetrogeneratory__eshhe_odin_alternativnyjj_istochnik_ehneegii_v_orenburzhe.htm

3. Типы солнечных электростанций (Электронный ресурс). URL:www.gigavat.com/ses_tipi.php (дата обращения 16.11.2018).

4. Орская СЭС им. А.А. Влазнева (Электронный ресурс). URL: www.tplusgroup.ru/org/orenburg/organization/orskaja-sehs-im-aa-vlazneva/ (дата обращения 16.11.2018).

5. СЭС «Нептун» и «Уран» (Электронный ресурс). URL: http://club-rf.ru/56/news/52086 (дата обращения 16.11.2018).

6. Под ред. Д. Рензо. Ветроэнергетика. – М.: Энергоатомиздат, 1982. – 360 с.

7. Васильев Ю.С., Елистратов В.В, Мухаммадиев М.М., Претро Г.А. Возобновляемые источники энергии: Учебное пособие. – СПб., 1995.-217 с.

8. Твайделл Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии. – М.: Энергоатомиздат, 1990.-392 с.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *