XIII Международная научно-практическая конференция «Возобновляемая и малая энергетика ’2016»

В этом году научно-практическая конференция «Возобновляемая и малая энергетика» прошла 7 и 8 июня в рамках 25-й Международной выставки «Электро ’2016». Комитет ВИЭ РосСНИО уже 13-й год подряд проводит ежегодные научнопрактические конференции, которые последние восемь лет проходили в московском «Экспоцентре» в рамках международной выставки «Электро». Оргкомитет конференции возглавил президент Российского и Международного союзов НИО, академик РАН Гуляев Ю. В. Традиционными соорганизаторами конференции являются секция «Энергетика» Российской инженерной академии (РИА), ФГУП «ЦАГИ», ЗАО «НИЦ «ВИНДЭК» и МВК «Экспоцентр».

На конференции были рассмотрены вопросы развития и достижения всех направлений мировой и отечественной возобновляемой энергетики. К началу конференции был подготовлен и выпущен сборник трудов конференции, в состав которого вошло 50 статей как молодых, так и маститых специалистов по ВИЭ. На двух заседаниях конференции было заслушано 33 доклада, общее же число присутствовавших составило более 150 слушателей. Первый день конференция проходила под председательством заместителей председателя Комитета ВИЭ РосСНИО: д.т.н., профессора Елистратова В. В., академика РАН Стребкова Д. С. и д.т.н., профессора Бутузова В. А. Второй день она проводилась под председательством учёного секретаря Комитета ВИЭ РосСНИО, к.т.н., члена-корреспондента РИА Грибкова С. В.

Отличительной чертой конференции был высокий профессионализм докладчиков и значительное количество выступающих молодых специалистов-студентов, что говорит о возрастающем интересе к рассматриваемой теме. Среди авторов статей, вошедших в сборник, и докладчиков конференции были широко известные учёные, разработчики систем электро- и теплоснабжения на возобновляемых источниках энергии. Кроме того, были сделаны доклады подающими надежды студентами НИУ МЭИ, аспирантами Санкт-Петербургского политехнического университета имени Петра Великого, НИУ МЭИ, ДВГТУ (г. Владивосток), Зерноградского инженерного института и докторантами Казахско-Турецкого университета имени Х. А. Ясови и Университета Ниццы — София Антиполис.

Широка была география участников конференции — помимо московских делегатов, большое количество выступающих прибыло из Санкт-Петербурга, Калининграда, Анапы, Петрозаводска, Ростова-на-Дону, Зернограда, Екатеринбурга и Владивостока. Постоянными участниками и докладчиками конференции являются учёные из Казахстана (г. Шымкент) и Туркестана. Впервые на нашей конференции выступал д.т.н., профессор Окулов В. Л. из Датского технического университета (Danmarks Tekniske Universitet, DTU).

Во вступительном слове заместитель председателя Комитета ВИЭ РосСНИО, д.т.н., профессор Елистратов В. В. отметил, что конференция проводится в знаменательный год 150-летия РосСНИО. Что возобновляемые источники активно входят в нашу повседневную жизнь, и в России созданы солнечные станции мегаваттного класса, также активно начали развиваться ветроэнергетика, биоэнергетика, продолжает работать гордость российской энергетики — Верхне-Мутновская ГеоЭС мощностью 12 МВт.

В этом году на конференции первый доклад сделал неизменный участник всех 13 конференций, научный руководитель ВИЭСХа, один из основателей солнечной энергетики России академик РАН Стребков Д. С., длительное время возглавлявший ГНУ ВИЭСХ. Его доклад назывался «Солнечные электростанции с параболоцилиндрическими концентраторами» [1] (фото 1).

Солнечные тепловые электростанции (СТЭС) с параболоцилиндрическими концентраторами и солнечные фотоэлектрические станции (СЭС) используются в проектах крупномасштабной солнечной энергетики. В настоящее время девять СТЭС электрической мощностью от

14 до 80 МВт работают в США, Испании и других странах. До 2010 года низкие капитальные затраты на создание СТЭС по сравнению с СЭС были более привлекательны для инвесторов. В настоящее время благодаря быстрому снижению цен на солнечные фотоэлектрические модули ФЭС занимают ведущую роль в развитии солнечной энергетики. Солнечные тепловые электростанции (СТЭС) с параболоцилиндрическими концентраторами и солнечные фотоэлектрические станции (ФЭС) используются в проектах крупномасштабной солнечной энергетики.

В ФГБНУ ВИЭСХ ФАНО России разработана запатентованная в РФ и не имеющая аналогов в мире гибридная кровельная солнечная панель (ГКСП) (фото 2), выполняющая функции крыши дома и преобразователя солнечной энергии в электрическую энергию и в теплоту для горячего водоснабжения и отопления дома (фото 3). В рамках частно-государственного партнёрства проведены испытания ГКСП и организовано опытно-промышленное производство.

Проведённые маркетинговые исследования показали, что сотни тысяч владельцев домов от Калининграда до Сахалина готовы без всяких субсидий от государства приобрести и установить на своих домах «солнечные крыши» на основе гибридных кровельных солнечных панелей.

На конференции были рассмотрены вопросы развития и достижения всех направлений мировой и отечественной возобновляемой энергетики. К началу конференции был подготовлен и выпущен сборник трудов

В отличие от зарубежных образцов, в ГКСП используют встроенные стационарные солнечные концентраторы, что позволило снизить площадь кремниевых солнечных элементов в четыре раза и получать от «солнечной крыши» электрическую энергию и горячую воду. ГКСП имеет защитное антивандальное покрытие из закалённого стекла и кабель для соединения с соседней ГКСП.

Рабочее напряжение элементов составляет 1,0—1,2 В, пиковая электрическая мощность — 5-7 Вт в зависимости от КПД солнечных элементов.

При оптимальном угле наклона 30-40° годовая выработка электроэнергии в городе Анапе достигает 1682 кВт-ч на 1 кВт пиковой мощности «солнечной крыши».

Для широты города Москвы годовое производство электроэнергии составит 1100 кВт-ч/кВт.

Программы «Один миллион солнечных крыш» реализуются в странах Европы, в США и Японии. Программы включают субсидии государства на установку солнечных модулей на крышах зданий общей электрической мощностью до 3,5 кВт на одну семью и присоединение к электросети через инвертор и электрический счётчик. Преимущества программы заключаются в следующем:

• объединение функции солнечного модуля и крыши здания снижает их общую стоимость по сравнению с вариантом, когда сначала делается крыша, а потом устанавливаются солнечные модули;
• солнечные модули при такой компоновке не занимают площадь на земле и не требуют платы за неё;
• владельцы «солнечной крыши» продают дорогую электроэнергию в часы дневного пикового энергопотребления в сеть, а покупают из сети дешёвую внепиковую электроэнергию.

Стоимость СЭС с концентраторами в 1,2-1,46 раза меньше стоимости СЭС без концентратора. Стоимость систем слежения и инвертора составляет 64 % стоимости СЭС. Вклад фотоприёмника составляет 6,08-7,30 % от стоимости СЭС с концентратором и 58,8 % для СЭС без концентратора.

Эффективность преобразования фотоприёмников солнечной энергии на основе МСЭ 20-25 % в СЭС с параболоцилиндрическими концентраторами выше, чем в СЭС с паротурбинным циклом (16 %).

С докладом «Тенденции развития систем солнечного теплоснабжения на основе солнечных коллекторов в мире и в России» [2] выступил д.т.н., профессор, генеральный директор ООО «Энерготехнологии-Сервис» Бутузов В.А. (фото 4).

В 2013 году в мире эксплуатировались гелиоустановки с общей установленной мощностью 374 ГВт (535 млн м²). Из них большинство (70,5 %) было построено с вакуумными коллекторами — 264,1 ГВт (377,3 млн м²). Мировым лидером является Китай — 262,26 ГВт. В Европе преобладают ГУ с плоскими коллекторами — 83,8 %. По удельной установленной мощности лидирует Австрия — 430 кВт на 1000 человек. При годовом росте продаж в 2 % европейский рынок сократился на 3 %. В структуре гелиоустановок мира большинство (84 %) составляют ГУ горячего водоснабжения односемейных домов.

В России в настоящее время производителем солнечных коллекторов является НПО «Машиностроения» (расположено в городе Реутово Московской области), выпускающее сертифицированные в Европе плоские СК с медным и алюминиевым абсорберами. Годовой объём производства — 3000-5000 м². Стоимость солнечных коллекторов в ценах 2014 года — 150-200 евро/м².

В 2014 году в России 29 производителями зарубежных СК было поставлено 12 520 м². На первом месте были вакуумные коллекторы китайской фирмы Sunrain — 1384 м² при стоимости в 2014 году (1 евро = 51,08 руб.) — 275,3 евро/м².

В 2010-2014 году 39 зарубежными производителями в России было продано 58 480 м² солнечных коллекторов, из которых 77 % — вакуумные. Среднегодовые поставки составили 11 700 м². Наибольшее количество (6436 м², 11 %) плоских солнечных коллекторов было поставлено фирмой Buderus (Германия) со средней стоимостью 217,73 евро/м² (рис. 1-4).

Перспективы российского рынка гелиоустановок оцениваются в 2,09 млн м² (100 %), в том числе для гостиниц и санаториев — 1,07 млн м² (51,2 %), комбинированных ГУ (отопление и ГВС) односемейных домов — 0,54 млн м² (25,8 %), для солнечно-топливных котельных — 0,45 млн м² (21,5 %), ГУ ГВС односемейных домов — 0,03 млн м² (1,5 %).

Одной из глобальных проблем, с которой столкнулось человечество, является дефицит питьевой воды. Каковы пути её решения? Этим вопросам был посвящён доклад «Возобновляемый водный ресурс атмосферы — источник пресной воды» [3] заведующего лабораторией возобновляемых источников энергии МГУ имени М. В. Ломоносова, д.ф.-м.н., профессора, академика РИА Соловьёва А. А. (фото 5).

В среднем на Земле на каждого человека приходится 626 м³ воды в год. В период с 1990 по 2015 годы численность населения в мире выросла с 5,3 млрд до 7,3 млрд, а потребление воды возросло в 7,5 раз.

Периодичность возобновления пресной воды: подземные воды — 1400 лет; воды озёр — 17 лет; воды в руслах рек — 16 дней; влага в атмосфере — восемь дней.

Одним из путей получения воды является конденсация влаги из атмосферного воздуха. Атмосферные «реки» водяного пара шириной 500 км на высотах 1-2 км транспортируют пресную воду от экватора к средним широтам (Р. E. Ньюэлл, JGR, 1992). Половина общего количества водяного пара приходится на нижние 1,5 км атмосферы. Количество воды, ежесекундно проносящейся над каждым участком в 100 км² поверхности Аравийской пустыни или Сахары, равно по объёму озеру площадью 1 км² и глубиной 50 м.

Для получения воды из атмосферного воздуха в лаборатории возобновляемых источников энергии МГУ имени М. В. Ломоносова была разработана установка «Роса» с производительностью до 0,71 м³ пресной воды в сутки (фото 6).

Одной из актуальных проблем, которой занимаются специалисты по ВИЭ, является максимальное использование геотермальной энергии, как для получения электроэнергии, так и тепла. Для этого используется, в частности, бинарная технология. С докладом «Современные геотермальные бинарные энергетические установки» [4] выступил генеральный директор ООО «Геотерм-ЭМ», д.т.н., профессор Томаров Г. В. (фото 7). Им было отмечено, что в настоящее время в мире общая мощность геотермальных установок составляет 12 647 МВт, из них 1793 МВт составляют мощности бинарных установок. В табл. 1 приведены десять ведущих стран, в которых установлены бинарные геотермальные установки. На рис. 5 приведены показатели стоимости установленной мощности ГеоЭС прямого цикла, комбинированные ГеоЭС и бинарные ГеоЭС в зависимости от температуры геотермального теплоносителя, из которого видно, что чем ниже температура теплоносителя, тем выше удельная стоимость установленной мощности ГеоЭС.

Сравнительная стоимость электроэнергии, производимой энергоустановками мира на основе использования различных видов ВИЭ, представлена на рис. 6. На фото 8 представлены турбина энергоблока Паужетской ГеоЭС (вверху), имеющей мощность 2,5 МВт, и энергоблок данной ГеоЭС с бинарным циклом.

Значительное количество докладов, которые были ключевыми на этой конференции, было посвящено развитию ветроэнергетики в России.

Одной из важных проблем обеспечения комфортных условий жителей северных территорий России является гарантированное электроснабжение, которое обеспечивается, как правило, дизельными станциями, являющимися практически единственным источником энергии на территории России. В связи с этим остро стоит проблема экономия топлива и снижение объёмов его доставки. В то же время эти территории обладают значительными ветропотенциалами, и применение ветродизельных комплексов в районах, удалённых от централизованных сетей, становится экономически выгодным.

Развитию этой темы был посвящён доклад д.т.н., профессора Елистратова В. В. «Особенности энергоснабжения приполярных территорий на основе эффективных ВДЭС» [5] (фото 9), в котором были проанализированы и предложены решения и методики для создания эффективной и конкурентоспособной системы энергоснабжения на базе ВИЭ для северных условий России. Одним из таких комплексов явился ветродизельный комплекс для посёлка Амдерма (фото 10).

Далее эту же тему продолжил аспирант СПбПУ имени Петра Великого, инженер НОЦ «ВИЭ» Денисов Р. С., выступив с докладом «Методика оптимизации параметров и режимов работы ВДЭС в децентрализованных северных регионах по критерию максимизации замещения дизельного топлива». Им были рассмотрены вопросы особенностей эксплуатации ветроустановок в северных регионах и предъявляемые к ним требования.

С докладом «К обоснованию параметров ветродизельных энергокомплексов с учётом местного ветрового климата и графиков электрической нагрузки» выступили директор АНО «Атмограф», д.т.н., член-корреспондент РИА Николаев В. Г. и аспирант ГНУ ВИЭСХ Николаев В. В. (фото 11 и 12).

В их докладе представлены результаты методических исследований влияния различных факторов на технико-экономические показатели ветродизельных энергокомплексов (ВДК), работающих в заданном месте по заданным графикам электрической нагрузки. Результаты получены с использованием методики и её численной реализации в программном комплексе «Восток», развитой докладчиками для выбора оптимального состава и типоразмеров ВДК с учётом графиков нагрузки и местного ветроэнергетического потенциала [6].

Самой крупной ветроэнергетической станцией в России до настоящего времени является Калининградская ВЭС мощностью 5,1 МВт, которая была введена в строй в 2002 году.

С результатами её работы ознакомил нас инициатор строительства этой ВЭС — главный инженер (1982-1988 годы), генеральный директор (1988-2001), председатель, заместитель, член совета директоров «Янтарьэнерго» (1988-2008), советник председателя правления ОАО «РАО ЕЭС России» (2001-2008 годы), советник генерального директора ОАО «УК ГидроОГК» Затопляев Б. С. (фото 13), а озвучил его доклад «Куликовская ВЭС. Её жизнь и итоги работы» учёный секретарь Комитета ВИЭ РосСНИО Грибков С. В. [7] (фото 14).

ВЭС в Куликово — пока ещё самая крупная ветростанция в России. С её появлением был сделан первый шаг по снижению зависимости региона от поставок топливных ресурсов через территории других государств. Её уроки эксплуатации, как позитивные, так и негативные, будут нелишними для анализа строительства новых ВЭС в России, ибо именно она сыграла несравнимо большую роль в развитии российской ветроэнергетики. За годы работы станция выработала около 62 млн кВт-ч. Максимальная выработка была достигнута в первый год её работы (2003 год) — 6,6 млн кВт-ч при КИУМ, равном 14,7. Сегодня станция дорабатывает свой ресурс (с учётом её работы в Дании в течение семи лет). В настоящее время прорабатывается вариант строительства современной ВЭС на другой площадке (вблизи Калининградского залива) мощностью 2x2,5 МВт. Предстоит демонтаж и утилизация ветроустановок Куликовской ВЭС. Для российских специалистов это новое направление в ветроэнергетике. Но на этом жизнь не кончается...

Для малых поселений, частных хозяйств, малых производственных предприятий, сельскохозяйственных ферм, систем связи, навигации и других целей могут найти широкое применение ветроэнергетические комплексы гарантированного электроснабжения малой мощности. Применению ветроэнергетических установок различного типа был посвящён доклад «Современное состояние малой ветроэнергетики в мире и в России. Год 2016-й» с.н.с. ФГУП ЦАГИ, к.т.н., члена-корреспондента РИА Грибкова С. В.

Одной из важных проблем обеспечения комфортных условий жителей северных территорий России является гарантированное электроснабжение, обеспечиваемое дизельными станциями, являющимися практически единственным источником энергии на территории России. Поэтому остро стоит проблема экономия топлива и снижение объёмов его доставки

Им были рассмотрены основные аспекты применения ветроэнергетических установок (ВЭУ) малой мощности [8].

По классификации МЭК эти установки имеют мощность до 50 кВт, площадь ометаемой поверхности до 200 м², выходное напряжение по переменному току до 1000 В и по постоянному до 1500 В. Их установленная мощность в мире в 2014 году составила 830,33 МВт при общей численности 945 848 единиц. Средняя удельная стоимость ветроустановок в США мощностью менее 2,5 кВт составляет $ 8200 за 1 кВт, от 2,5 до 10 кВт — $ 7200 и от 11 до 100 кВт — $ 6000 за 1 кВт. Наиболее дешёвые ветроустановки в Китае — их средняя цена приближается к $ 1900 за 1 кВт. В России этот показатель составляет от $ 1500 до $ 2500 за 1 кВт установленной мощности. Стоимость же выработанной ими энергии в Японии — $ 0,523 за 1 кВт-ч, в США — от $ 0,141 до $ 0,23, в Китае она колеблется от $ 0,088 до $ 0,1246, в России — около $ 0,1 за 1 кВт-ч. Были рассмотрены основные типы ВЭУ, их классификация, основные виды конструкций выпускаемых ВЭУ в мире и России, приведены их характеристики, рассмотрены достоинства и недостатки как вертикально-осевых, так и горизонтально-осевых ВЭУ

Ежегодный прирост ВЭУ малой мощности в России, по экспертной оценке докладчика, в среднем составляет около 1 МВт. В докладе были даны некоторые рекомендации по выбору ВЭУ для энергетических комплексов гарантированного электроснабжения в зависимости от их мощности и назначения. Приведены результаты тестовых испытаний, выполненных в аэродинамической трубе Т1-Т2 ЦАГИ, некоторых отечественных и зарубежных ВЭУ. Приведены и отечественные разработки, в основу которых были положены результаты испытаний моделей ветроустановок в аэродинамической трубе ЦАГИ (фото 15).

Одной из таких ветроустановок является ветроустановка, входящая в состав ветроэнергетического комплекса «Буран», произведённого ГКНПЦ имени М. Н. Хруничева, аэродинамическая схема которого предложена ЗАО НИЦ «Виндэк». Особенностями ветроустановок такого типа являются бесшумность в работе, отсутствие токосъёмных колец, способность воспринимать ветер с любой стороны и высокая живучесть за счёт применения металлоконструкций, функциональной диагностики комплексов и резервирования отдельных функциональных блоков системы управления (фото 16).

Комплексы такого типа крайне востребованы в различных регионах России и различных странах мира.

Основной задачей при разработке ветроустановок, как малой, так и большой мощности, является проблема наиболее эффективного использования имеющегося ветропотенциала. Доклад в.н.с. ФГУП ЦАГИ, к.т.н. Самсонова В. В. «Выбор оптимальных параметров и геометрии ветроколеса пропеллерного типа» (фото 17) был посвящён именно этим вопросам. Им предложен достаточно простой и надёжный метод расчёта оптимальной геометрии горизонтально осевого ветроколеса пропеллерного типа для автономных ветроэлектрических установок (ВЭУ) малой мощности. Расчёт проводится при заданных основных параметрах: мощности P и расчётной скорости ветра V_d.

Приводится методика выбора основных параметров ВЭУ: быстроходность ветроколеса λ_d, количество лопастей i, тип аэродинамического профиля лопасти, радиус ветроколеса R, а также распределение угла крутки φ и хорды c вдоль радиуса лопасти ветроколеса [9]. Представлено точное аналитическое решения для оптимального ветроколеса. В качестве примера приводятся характеристики и результаты полевых испытаний ВЭУ Waira-1.

Одним из важных вопросов в истории создания теории ветроэнергетических установок является установка приоритетов российских учёных, многие работы которых на Западе не знали или специально «забыли». Одним из таких вопросов является установка приоритета России на определение предельного значения коэффициента преобразования энергии ветра в механическую энергию, значение которого (0,593) было получено отечественными учёными Н. Е. Жуковским и его учеником Ветчинкиным В. П. (рис. 7).

О роли Н. Е. Жуковского в развитии ветроэнергетики России было рассказано в докладе «Моделирование в аэродинамике ветрогенераторов» д.т.н., профессора Датского технического университета (Люнгби, Дания) и Института теплофизики имени С. С. Кутателадзе СО РАН (Новосибирск) Окулова В. Л. [10] (фото 18).

К сожалению, из-за языковых барьеров на Западе были мало знакомы с трудами наших великих учёных, поэтому известный закон Н. Е. Жуковского о предельном коэффициенте преобразования энергии ветра был опубликован в 1912 году, но не удостоился должного внимания европейских специалистов, и только в 1919 году немецкий физик Альберт Бец совместно с немецким механиком и физиком Людвигом Прандтлем в диссертации сформулировал вихревую теорию ротора. Русская научная школа на семь лет опередила западные исследования! В. П. Ветчинкин на пять лет раньше опубликовал правильную вихревую структуру ротора — системы вращающихся крыльев, чем это сделал Л. Прандтль для одиночного крыла. Косвенно этот факт подтверждает вывод Л. И. Гумилёвского о том, что решение Прандтля для крыла было известно в русской научной школе задолго до него.

В своём докладе д.т.н., профессор Окулов В. Л. ознакомил участников конференции с результатами испытаний в гидроканале взаимовлияния двух ветроустановок, расположенных одна за другой, на их коэффициенты преобразования энергии. Эти экспериментальные результаты важны для обоснования размещения ветроустановок в натурных условиях.

После воссоединения Крыма с Россией возникла проблема обеспечения республики электроэнергией, и это несмотря на то, что в республике имеются значительные ресурсы ВИЭ — как солнечной, так и ветровой энергий. Второй доклад заведующего лабораторией НИЛ ВИЭ МГУ, д.ф.-м.н. Соловьева А. А. и с.н.с., к.г.н. Нефедовой Л. В. «Анализ рисков при использовании возобновляемых источников энергии в Республике Крым» был посвящён анализу проблем электрообеспечения республики [11].

Территория Республики Крым вследствие географического положения, орографических характеристик и метеорологических условий обладает значительным потенциалом возобновляемых источников энергии, и в первую очередь ветро- и гелиоэнергетических ресурсов, а также ресурсов энергии биомассы.

По суммарной установленной мощности электростанций и выработке электроэнергии с использованием ВИЭ республика занимает первое место среди всех регионов России.

До прекращения поставок электроэнергии из Украины потребность Крымского федерального округа в электроэнергии покрывалась в том числе за счёт собственной тепловой генерации порядка 145 МВт, а также выработки солнечных и ветровых электростанций, которая составляла в среднем 30 % от общего производства электроэнергии региона. На рис. 8 представлена система энергоснабжения Республики Крым.

Далее в докладе рассматривались вопросы солнечной энергетики в Республике Крым. К дате вхождения Крыма в состав Российской Федерации на полуострове были сооружены следующие солнечные электростанции (СЭС): «Родниковое» (7,5 МВт), «Охотниково» (85,3), «Перово» (105,56) и «Митяево» (31,55 МВт), табл. 2. В августе 2013 года в Крыму была запущена солнечная электростанция «Николаевка» мощностью 69,7 МВт, и мощность солнечной энергетики Крыма возросла до 294,96 МВт. В конце 2016 году намечен ввод СЭС «Владиславовка» мощностью 110 МВт.

Общая выработка электроэнергии на СЭС за первое полугодие 2015 года составила 17,3 млн кВт-ч (по данным РИА «Крым»).

Состояние развития ветроэнергетики Крыма

Ветровые электростанции (ВЭС) имеют суммарную установленную мощность 89.36 МВт. Семь государственных ветроэлектростанций на 549 ветроагрегатах имеют установленную мощность 64.36 МВт: «Восточно-Крымская ВЭС» (2,8 МВт), «Донузлавская ВЭС» (6,8), «Судакская ВЭС» (3,76), «Черноморская ВЭС» (1,2), «Сакская ВЭС» (22,36), «Пресноводненская ВЭС» (7,39), «Тарханкутская ВЭС» (20,05 МВт). В Ленинском районе частной компанией ООО «Ветряной парк Керченский» в 2014 году введена «Останинская ВЭС» мощностью 25 МВт (10 ВЭУ по 2,5 МВт). Суммарная выработка электроэнергии на ВЭС за первое полугодие 2015 года составила 21,5 млн кВт-ч (по данным РИА «Крым», табл. 3).

Роль возобновляемых источников энергии

В декабре после устроенного Украиной блэкаута были подключены первая и вторая нитки энергомоста в Крым, в апреле и мае 2016 года — третья и четвёртая нитки второй очереди.

В зимний период 2015 года при значительном дефиците электроэнергии установки на ВИЭ внесли свой вклад в решение проблемы.

По данным Минтопэнерго Крымской Республики, к моменту энергетического кризиса в ноябре 2015 года мощность выработки ветровых электростанций 23 ноября достигала 34 МВт, а солнечной — 23 МВт (введённая в строй в августе 2015 года СЭС «Николаевка»), что составляло примерно 15 % от общей мощности, генерируемой крымскими электростанциями. Далее была возобновлена работа и остальных СЭС, и уже в середине января 2016 года, по данным «Крымэнерго», выработка солнечных и ветроэнергетических электростанций была более 100 МВт (СЭС днём — 54 МВт, ВЭС — 50 МВт).

Требования гарантированной выдачи мощности затрудняют интегрирование промышленных установок и электростанций на ВИЭ в энергосистему Крыма.

Развитие энергосистемы идёт по пути теплоэнергетики на природном газе и возможным дублированием дизельным топливом при получении крупных объёмов финансирования из федерального бюджета. Из факторов риска использования ВИЭ наиболее значимыми являются: инвестиционные, политические и технологические риски, связанные с возможными проблемами поддержания технического состояния действующих СЭС и ВЭС, оборудованных импортными техническими средствами.

По-видимому, в ближайшие годы наиболее благоприятные условия в республике с минимальными рисками получат установки малой мощности на ВИЭ для автономного энергообеспечения или же частичного снятия сетевых нагрузок.

С докладом «Гибридные энергетические комплексы с ВИЭ: новая парадигма» выступил д.т.н., профессор НИУ МЭИ Тягунов М. Г. В его докладе были изложены концептуальные проблемы создания систем различных классов с применением ВИЭ. Рассмотрена концепция развития распределённой энергетики и структура энергосистем, приведены различные способы аккумулирования энергии в распределённых сетях и пути повышения КИУМ установок ВИЭ в гибридных энергетических комплексах [11] (фото 19).

Создание комплексов гарантированного электроснабжения с применением ВИЭ предполагает применение различных видов источников электрической энергии, в том числе и традиционных дизель-генераторов. Определение их оптимальной мощности в зависимости от природных условий — довольно сложная задача. Правильный выбор мощности первичных источников позволяет сделать наиболее экономически выгодный вариант построения системы электроснабжения. Существует множество зарубежных программ, которые позволяют решить те или иные задачи оптимизации систем. Наиболее известные — это программный комплекс Homer по расчёту энергосистем на базе ВИЭ (США) и программный пакет RETScreen для анализа проектов с использованием ВИЭ (Канада).

В докладе доцента кафедры «Атомные станции и ВИЭ» Уральского федерального университета (г. Екатеринбург) Велькина В. И. «Анализ программ ЭВМ для расчёта малых энергетических систем на основе возобновляемых источников энергии» (фото 20) рассматривались вопросы применения комплексных систем возобновляемых источников энергии (КС ВИЭ) для удалённых и труднодоступных территорий, применение которых необходимо из-за отсутствия централизованного энергообеспечения. В докладе представлен анализ эффективности программ ЭВМ для расчёта КС ВИЭ. Показано, что каждая из почти ста существующих программ для расчёта ВИЭ обладает как достоинствами, так и недостатками. В России на основе зарубежного опыта разработаны программы расчёта КС ВИЭ «АРК-ВИЭ», VizPORES и ViZPRORES, учитывающие климатические и территориальные особенности. Данное отечественное ПО зарегистрировано, прошло апробацию и используется в учебном процессе и определении состава и мощности оборудования при работе с заказчиками [12].

Малая энергетика занимает прочные позиции в энергетике России. В правовой и экономической науке и в российском законодательстве отсутствует легальное и доктринальное определение этого явления [13]. Сегодня существуют лишь отдельные проекты терминологического определения этого понятия, выработанные экспертным сообществом. Ведь кроме термина «малая энергетика» в обороте употребляются также определения: «малая распределённая энергетика» (МРЭ), «децентрализованная энергетика», «локальная энергетика», «автономная энергетика», «распределённая генерация энергии» (РГЭ). Указанные термины обозначают одно и то же явление.

В докладе «Опыт реализации инвестиционных проектов в сфере малой энергетики в России: правовые аспекты» [13] докторанта Университета Ниццы — София Антиполис Поповой Е. Н. (фото 21) рассматриваются проблемы реализации в России инвестиционных проектов в сфере малой энергетики с правовой точки зрения. Раскрывается понятие «малая энергетика», приводится альтернативная терминология для обозначения данного явления. Рассматривается вариант функционирования генерирующих объектов малой энергетики на основе использования технологии когенерации. Анализируется определение «комбинированная выработка энергии (когенерация)». Исследуются экономические предпосылки формирования российской правовой базы в сфере малой энергетики. Приводятся примеры успешных и неэффективных проектов в сфере когенерации, а также исследуются причины несостоятельности (банкротства) предприятий, реализующих такие проекты. Докладчиком предлагается правовой механизм устранения проблемы неплатёжеспособности предприятий малой энергетики.

Реализация конкретных проектов является необходимым условием развития и продвижения ВИЭ в России. Особенно актуально это для регионов с благоприятными энергетическими условиями.

Малая энергетика занимает прочные позиции в энергетике России. В правовой и экономической науке и в российском законодательстве отсутствует легальное и доктринальное определение этого явления. Существуют отдельные проекты терминологического определения этого понятия, выработанные экспертным сообществом

Одним из таких южных регионов является город Анапа. Генеральный директор ООО «АльтЭнергия» Темеров А. В. выступил с докладом «Гелиосистема в энергоэффективном доме. Эксплуатационные показатели» [13] (фото 22).

В докладе показано, что эффективность работы солнечных коллекторов существенно зависит от организации работы системы в целом, и только при этом возможно получить максимальный результат и повысить КПД с 19 до 85,7 % (как в одном из реальных проектов теплоснабжения жилого дома), что стало возможным при сбросе излишков тепла, получаемых от солнечных коллекторов, в систему отопления дома (фото 23).

Одним из основных потребителей возобновляемых источников энергии, использования безотходных технологий выращивания животных и сельскохозяйственных культур является сельское хозяйство. С докладом «Метод зелёного креста: безотходное энергоавтономное сельхозпроизводство замкнутого цикла — путь к укреплению продовольственной, экономической, экологической и климатической безопасности» [15] выступил вице-президент Российского зелёного креста (РЗК), координатор программы «Умная энергия», к.т.н., член-корреспондент РАЕН Чумаков А. Н. (фото 24).

РЗК ставит перед собой задачу максимально использовать энергетический и органоминеральный потенциал сельскохозяйственных отходов для развития сельхозпроизводства, независимого от внешних поставок энергии, моторного топлива и удобрений для ускоренного развития экономики регионов:

• модернизация сельского хозяйства, в том числе для импортозамещения продовольствия с высокой добавленной стоимостью;
• производства в регионах импортозамещающего технологического оборудования сельскохозяйственных холдингов;
• увеличения налогооблагаемой базы при замыкании финансовых потоков внутри региона без отчисления за поставку удобрений, электроэнергии, моторных топлив и пищевой продукции в другие регионы и за рубеж;
• подготовки специалистов профильного высшего и среднего специального образования для российских обучающих и сервисных центров и сельскохозяйственных холдингов;
• создания новых квалифицированных рабочих мест [15].

Для реализации этих задач предлагается создание автономных агрохолдингов полного цикла в соответствии с определённой структурой и методом организации хозяйств. РЗК предлагает также и биогазовые комплексы.

По предлагаемому методу организованы полигон производства гумуса в Муромском районе Владимирской области (ООО «Мечта», фото 25), участки и плантации выращивания функциональных продуктов в Переславском районе Ярославской области (ООО «Станица Святово», фото 26).

При реализации программы РЗК будут решены следующие задачи: создание высокорентабельных вертикально интегрированных производств, автономных от внешних поставок удобрений, моторного топлива, электроэнергии и тепла, ориентированных на выпуск и сбыт конкурентоспособных органических продуктов питания; безотходная утилизация органических отходов с полным замыканием углеродного цикла и получением гумуса почв; сокращение эмиссии парниковых газов; введение в сельхозоборот территорий, удалённых от электро- и газовых сетей; производство экологически безопасных продуктов с высокой добавленной стоимостью; создание биогазовых энергокомплексов с использованием биомассы сточных вод для обеспечения горячего водоснабжения и отопления жилых зданий и сооружений.

Рецептуростроение композитов с повышенной теплотворной способностью, гидрофобных и достаточно устойчивых к биоразложению открывает возможности применения их для экологически безопасных технологий сжигания в котельных и печах

В последние годы широкое применение за рубежом и в России находят системы обогрева, использующие в качестве топлива древесные пеллеты. В докладе главного научного сотрудника ФБГУН Института химической физики имени Н. Н. Семенова РАН, д.х.н., профессора Мясоедовой В. В. «Резервные твердотопливные изделия: композиты на основе биомассы, торфа и биоугля» (фото 27, соответствующая статья опубликована в журнале С.О.К. №6/2016) представлены достижения последнего 20-летия по созданию твердотопливных изделий из возобновляемого сырья, отходов лесо-, дерево-, торфопереработки и АПК. Рецептуростроение композитов с повышенной теплотворной способностью, гидрофобных и достаточно устойчивых к биоразложению открывает возможности применения их для экологически безопасных технологий сжигания в котельных малой энергетики, обжиговых печах индустриальных производств. Топливные изделия, в отличие от исходной биомассы, имеют относительно высокую насыпную плотность (600-700 кг/м³), низкую влажность (менее 10 %), относительно высокую теплоту сгорания (в среднем 16-18 МДж/кг), достигая теплотворности в 30 МДж/кг.

Эти топливные изделия пригодны и для длительного хранения в качестве резервного топлива. Многофункциональность этих композитов открывает перспективы расширения областей их применения в сельском хозяйстве для повышения плодородия почв, в строительной и других отраслях промышленности, для экспортных поставок [16].

Одним из актуальных направлений развития возобновляемой энергетики является использование энергии малых водотоков. Одним из самых авторитетных специалистов в области малой гидроэнергетики является генеральный директор ЗАО «МНТО ИНСЭТ», к.т.н. Бляшко Я. И. (фото 28).

Под его руководством за 27 лет работы в области малой гидроэнергетики МНТО «ИНСЭТ» изготовило и поставило более 80 гидроагрегатов для 42 станций суммарной мощностью около 40 МВт, а также 160 микро-ГЭС. В докладе Бляшко Я. И. «Инновационные решения в области малой гидроэнергетики» [17] изложены основные концепции развития малой гидроэнергетики и представлены разработки МНТО «ИНСЭТ» (фото 29).

Малые ГЭС можно классифицировать в зависимости от мощности: до 10 кВт — пико-ГЭС; до 100 кВт — микро-ГЭС; до 1000 кВт — мини-ГЭС; до 30 (25) МВт — малая ГЭС. Стоимость одного киловатта установленной мощности для малых ГЭС находится в пределах 120-160 тыс. руб. Стоимость оборудования составляет от 35 до 40 % общей стоимости МГЭС. Себестоимость 1 кВт-ч электрической энергии на малых ГЭС — от 0,6 до 1,2 руб. Эксплуатационные затраты составляют от 1,2 до 1,5 %о от стоимости МГЭС [17].

Системы гарантированного электроснабжения в качестве накопителей энергии используются электрохимические аккумуляторы. Как правило, это гелиевые или аккумуляторы, выполненные по AMG-технологии, иногда применяются тяговые аккумуляторы, в последнее время начинают применяться сравнительно недавно разработанные и освоенные отечественной промышленностью ионнолитиевые, однако из-за высоких удельных ценовых показателей их применение не всегда экономически выгодно.

Для заряда аккумуляторов используются специальные контроллеры заряда аккумуляторных батарей, хорошо освоенных зарубежной и отечественной промышленностью. Это, как правило, сложные интеллектуальные системы, обеспечивающие не только заряд аккумуляторных батарей, но и дающие информацию о процессе заряда и накопленной энергии. Вся информация отображается на специальном дисплее. При заряде аккумуляторных батарей необходимо учитывать состояние каждого аккумулятора и не допускать их перезаряд. В докладе генерального директора ООО «НИП» Лисичкина О. Ю. «Система пассивной балансировки аккумуляторных батарей, соединённых последовательно или последовательно-параллельно» (фото 30, 31) предлагается система оперативного контроля состояния каждого аккумулятора системы резервного питания энергокомплекса.

Основные параметры такой разработанной системы приведены ниже [18]:

1. Выравнивание напряжений отдельных АКБ идёт постоянно с самого начала заряда. Этим достигается значительное уменьшение выделяемой мощности на балластной нагрузке (в отличии от систем, начинающих реагировать на конечное напряжение заряда). Система считывает напряжения с каждой АКБ, вычисляет среднюю величину и включает балластную нагрузку на тех АКБ, напряжение на которых выше среднего.

2. Постоянный мониторинг (через интерфейс RS485), позволяющий визуально оценить работу каждого АКБ, как в процессе заряда, так и в процессе разряда. Каждый балансировочный модуль имеет свой уникальный номер, который можно сопоставить с конкретным АКБ.

3. Наличие опции отключения нагрузки в том случае, если хотя бы одна аккумуляторная батарея «просела» ниже 10,5 В (нижняя граница рабочего напряжения свинцовой 12-вольтной АКБ).

4. Гальваническая развязка по шине управления обеспечивает возможность балансировать несколько групп аккумуляторных батарей (рис. 9).

5. Модульное исполнение обеспечивает возможность добавлять группы аккумуляторных батарей к уже работающей системе, причем необязательно искать АКБ той же фирмы-производителя.

6. Система позволяет решать задачи балансировки для свинцовых двух-, шести- и 12-вольтных АКБ, для литиевых 3,2- и 3,7-вольтных, для щелочных и других типов АКБ.

7. Срок окупаемости такой системы составляет менее одного года благодаря низкой стоимости и кратному увеличению срока жизни аккумуляторов — это было показано на примере системы для четырёх 12-вольтных (230 А-ч) АКБ.

Одной из самых больших проблем, с которой сталкиваются разработчики и потребители автономных систем электроснабжения гарантированного электроснабжения, содержащие накопители энергии на аккумуляторах, является большое количество аккумуляторов и их стоимость

Систему балансировки необходимо подбирать по ёмкости АКБ и току заряда. Если в ИБП предусмотрена возможность форсированного заряда за два-четыре часа (от солнечной батареи, бензо- или дизель-генератора), то система балансировки может не успевать «гасить» излишнее напряжение на отдельных аккумуляторных батареях. Тогда балансировочные элементы должны быть повышенной мощности по сравнению с обычным режимом заряда 0,1-0,2 Ср.

Одной из очень больших проблем, с которой сталкиваются разработчики и потребители автономных систем электроснабжения гарантированного электроснабжения, содержащие накопители энергии на аккумуляторах, является большое количество аккумуляторов и их стоимость. Большой проблемой является питание электромеханических нагрузок с большими пусковыми токами, а также систем с импульсной мощной нагрузкой. Для решения этих проблем возможно применение суперконденсаторов, которые в настоящее время освоены промышленностью и имеется их широкая номенклатура. Такие конденсаторы подключаются параллельно клеммам аккумулятора. С докладом «Применение суперконденсаторов EDLC в возобновляемой энергетике. Мировая практика» [19] выступил генеральный директор фирмы Nesscap Energy по Восточной Европе Ворожейкин В. В. (фото 32).

Как им было отмечено, широкое применение нашли суперконденсаторы в системах управления лопастями ветроэнергетических установок.

Около 30 % ветрогенераторов в настоящее время оснащаются суперконденсаторами, которые обеспечивают требуемую при повороте лопастей импульсную мощность, стабилизацию параметров и поддержание электропитания на время кратковременных отключений напряжения, а также безопасную и корректную ориентацию лопастей. Суперконденсаторы быстро компенсируют изменения как мощности солнечных батарей и ветрогенераторов, так и импульсной нагрузки, тем самым оберегая аккумуляторы от вредных режимов заряда/разряда.

Аккумуляторные батареи способны к долговременному накоплению и хранению энергии, как от солнечных батарей, так и ветроустановок, и обеспечивают питание нагрузки при наиболее оптимальных режимах их работы в течение продолжительного периода времени. В качестве примера приводится опыт применения суперконденсаторов суммарной мощностью 277 кВт с выработкой энергии 8 кВт-ч в ветросолнечной системе гарантированного электроснабжения, содержащей аккумуляторы с выработкой мощности 50 кВт и выработкой энергии 300 кВт-ч. В такой системе сокращение капитальных затрат составляет от 10 до 15 %, в сравнении с применением только одних аккумуляторных батарей, а также наблюдается сокращение операционных затрат на 30 %.

Развитие возобновляемой энергетики как науки невозможно без подготовки научных и инженерных кадров. Именно поэтому в конференции принимают участие много аспирантов и, в этом году, студентов. И пусть их доклады пока «сыроваты» и недостаточно проработаны, но главное, что у студентов есть стремление к общению со специалистами и маститыми учёными.

Фундамент стремления к познанию и привлечение молодёжи к работе в области возобновляемой энергетики должны закладываться в средней школе. Вопросам работы со школьниками был посвящён доклад заместителя заведующего кафедрой ЮНЕСКО в ГНУ ВИЭСХ, к.т.н., доцента Тюхова И. И. «Возобновляемая и малая энергетика для профильного обучения в средней школе» [20] (фото 33).

Развитие возобновляемых источников энергии невозможно без их популяризации в СМИ. Большое внимание вопросам развития ВИЭ в мире и России уделяет внимание журнал С.О.К., с которым Комитет ВИЭ РосСНИО имеет хорошие деловые связи. В каждом номере журнала публикуются статьи, посвящённые ВИЭ. В этом главная заслуга главного редактора журнала Гудко А. Н. (фото 34).

В завершении конференции Гудко А. Н. выступил с докладом «Информационное обеспечение рынка возобновляемой и малой энергетики России», в котором ознакомил присутствовавших со стратегией журнала в области представления материалов в области ВИЭ [21]. Подчёркивается, что полноценный обмен информацией между специалистами способствует максимизации эффективности их работы, так как исключает «изобретение велосипеда», ведь в наше время высоких скоростей и бурного научно-технического развития общества подобная «пробуксовка» является совершенно непозволительной роскошью.

На конференции был представлен и заслушан ещё ряд докладов, которые весьма интересны и помещены в сборнике трудов конференции, но не нашли отражения в данном обзоре из-за ограниченности предоставляемого редакцией объёма обзорной статьи.

Подводя итоги конференции, можно отметить следующие зафиксированные на ней тенденции:

• проявление повышенного интереса и активности граждан России к применению возобновляемых источников энергии — всё чаще на загородных участках жителей многих городов можно увидеть ветроустановки, солнечные батареи и коллектора, то есть ВИЭ начинают входить в нашу жизнь;
• появление в России солнечных станций мегаваттного класса;
• начало строительства ветропарков, создание и работа микро-ГЭС;
• начало строительства биогазовых станций — хорошим примером тому является Белгородская область.

Полноценный обмен информацией между специалистами способствует максимизации эффективности их работы, так как исключает «изобретение велосипеда», ведь в наше время подобная «пробуксовка» совершенно непозволительна

Хотелось бы, чтобы развитие сегмента ВИЭ происходило быстрее. Чтобы появились государственные программы по внедрению ВИЭ, с соответствующей государственной и региональной поддержкой. И в этой работе есть лепта, вносимая Комитетом ВИЭ РосСНИО и проводимыми нами конференциями.