Кому помогут солнце и ветер

Ветряки и солнечные батареи обеспечат энергией жителей Дальнего Востока и юга России.

Ученые НИУ ВШЭ разработали системный подход к расчетам потенциалов возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Их методика позволяет рассчитать потенциал развития ветровой и солнечной энергетики при замещении существующих генерирующих мощностей. Также новация даст возможность экономить органическое топливо и сокращать выбросы парниковых газов в атмосферу.

Исследование опубликовано в научном журнале Energy в статье Wind and solar PV technical potentials: Measurement methodology and assessments for Russia.

Потенциал пересчитали

Специалисты двух подразделений Вышки — Института энергетики и ИСИЭЗ оценили потенциал развития возобновляемых источников энергии в России в целом и в каждом из 85 регионов в отдельности. Им нужно было создать научно обоснованные и точные оценки потенциалов ВИЭ, преодолеть методологические неточности предыдущих исследований (в части надежности исходных данных; отсутствия часовых, суточных и ежемесячных оценок и др.) с учетом мирового опыта.

В мировой практике, как правило, оцениваются три вида энергетических потенциалов ВИЭ: валовый (тео­ретический), технический и экономический. В рамках проведенной работы ученые ввели дополнительные виды потенциалов:

• топливный (задает величину потенциала ВИЭ в тоннах условного топлива);
• теплоэнергетический (оценивает количество тепловой энергии в Гкал, которое можно произвести путем преобразования энергии ВИЭ в тепло, и соответственно экономию тепловой энергии, получаемой при сжигании органических топлив);
• электроэнергетический (показывает, сколько электрической энергии можно выработать, а, следовательно, задает и снижение расхода электрической энергии, производимой традиционными методами);
• потенциал ресурсосбережения (показывает, сколько ископаемого топлива можно сэкономить);
• экологический (оценивает объем выбросов парниковых газов в атмосферу, который удастся избежать).

Эти потенциалы демонстрируют преимущества использования возобновляемой энергетики: уменьшение потребления тепловой и электрической энергии, производимой путем сжигания ископаемых органических топлив, и, как следствие, снижение расхода этих топлив и сокращение массы выбрасываемых в атмосферу загрязняющих веществ.

NASA в помощь

Сети российских метеорологических, аэрологических и актинометрических (измеряют солнечную радиацию) станций располагаются на значительном удалении друг от друга. Их данных недостаточно для получения необходимой информации о характеристиках ветра и солнечной радиации на большей части территории РФ. Оценить по ним ресурсы возобновляемой энергетики с необходимой достоверностью чаще всего невозможно.

Поэтому, для устранения неопределенности, в качестве исходной информации исследователи использовали метеорологические базы данных SSE NASA по ветровой и солнечной активности, предоставляющие однородную информацию с шагом 10x10.

Для оценки эффективности использования ветрогенераторов с различными техническими характеристиками специалистами Института энергетики разработана авторская методика, прошедшая верификацию на данных ветромониторинга, проведенного немецкой инжиниринговой компанией в одном из регионов РФ. Данные собирались в течение 18 месяцев с использованием мачт высотой 70 метров. Эта методика позволяет, используя данные по повторяемости ветра на высоте 50 м, оценить распределение его скоростей на произвольных высотах. Также с ее помощью можно оценивать производительность ветрогенераторов всех классов мощности для всех высот башен.

Энергия из Заполярья

Наиболее перспективными для развития ветроэнергетики оказались территории, входящие в со­став Южного и Северо-Кавказского федеральных округов (ФО); территории Северо-Западного, Уральского, Сибирского и Дальневосточного ФО, располагающиеся за полярным кругом; прибрежные зоны северо-востока страны, а также полуострова Камчатка и острова Сахалин.

Для развития солнечной энергетики перспективными регионами являются юго-западные районы страны — это, например, Калмыкия, Ставропольский и Краснодарский края, Ростовская, Волгоградская, Астраханская области. Также этот вид энергетики нужно развивать на юго-востоке РФ — на Алтае, в Приморье, Бурятии, Читинской области.

Ветряки и солнечные батареи способны обеспечить энергией миллионы нуждающихся россиян. Ведь огромное число населенных пунктов не подключены ни к центральным электросетям, ни к центральному теплоснабжению, в том числе регионы так называемого «Северного завоза». "Это зоны автономного электро- и теплоснабжения, площадь которых составляет около 70% территории страны. Там, по разным подсчетам, проживает от 10 до 20 млн человек и расположено 70 городов, более 360 поселков городского типа и около 1400 мелких населенных пунктов", — рассказала Лилиана Проскурякова. Во многие поселки тянуть газовую трубу или прокладывать линии электропередач нерентабельно. В итоге либо государство должно выделять огромные деньги на дизель-генерацию, либо людям приходится жить, обогревая дома дровами, пояснила она.

Реализация технического потенциала солнечной и ветровой энергии позволит ежегодно экономить около 40 млрд тонн условного топлива углеводородных ресурсов и предотвратить около 80 млрд тонн выбросов парниковых газов в СО2-эквиваленте.

«Предложенный учеными подход позволяет обоснованно разрабатывать региональные программы развития возобновляемой энергетики с учетом всех местных источников энергии», — говорит один из авторов исследования Георгий Ермоленко. Так, например, по результатам работы в начале марта этого года правительству Татарстана были представлены рекомендации по развитию возобновляемой энергетики с оценкой экономических, экологических и ресурсосберегающих эффектов для региона».