Роль возобновляемых источников энергии в системах электроснабжения иркутской области

Экономический потенциал возобновляемых источников энергии в мире в настоящее время оценивается в 20 млрд. т.у.т. в год, что в два раза превышает объем годовой добычи всех видов ископаемого топлива. И это обстоятельство указывает путь развития энергетики ближайшего будущего. 

Основное преимущество возобновляемых источников энергии - неисчерпаемость и экологическая чистота. Их использование не изменяет энергетический баланс планеты. Эти качества и послужили причиной бурного развития возобновляемой энергетики за рубежом и весьма оптимистических прогнозов их развития в ближайшем десятилетии. 

Развитые страны мира ведут интенсивный поиск альтернатив органическому топливу, одной из которых является использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Объем энергии, производимый в них с помощью ВИЭ, в настоящее время уже превысил 10 % от общего объема энергопотребления. В Российской Федерации этот показатель составляет менее 1 % [1].

 В России достаточно хорошо развиты системы централизованного электроснабжения. Однако немало территорий, которые находятся в зонах децентрализованного тепло- и электроснабжения. Это удаленные районы Севера и вся территория Крайнего Севера, заселенные острова, особо охраняемые природные территории и др. Как правило, в этих районах местные резервы ископаемого органического топлива ограничены, трудно доступны или полностью отсутствуют, строительство централизованных сетей энергопередачи экономически нецелесообразно, а зачастую технически невозможно. Выработка электро- и теплоэнергии с учетом высоких затрат на доставку топлива приводит к неприемлемо высокой стоимости для населения и местной промышленности.

 В стране наряду со значительными запасами ископаемого органического топлива имеются большие запасы возобновляемых топливных ресурсов и источников энергии (геотермальной, солнечной, ветровой, океанической, энергия биомассы и др.). Технический потенциал ВИЭ составляет около 4,6 млрд т. у. т./год, что в 5 раз превышает объем потребления всех топливно-энергетических ресурсов России, а экономический потенциал определен в 270 млн т. у. т., что составляет около 25 % от годового внутреннего потребления энергоресурсов в стране [1]. Экономический потенциал ВИЭ постоянно увеличивается в связи с непрерывным удорожанием традиционного органического топлива и сопутствующими его применению проблемами загрязнения окружающей среды. Вместе с тем ВИЭ могли бы внести существенный вклад в решение следующих актуальных задач [2]:

 – электро- и теплоснабжение автономных потребителей, расположенных вне систем централизованного энергоснабжения;

– сокращение объемов транспортировки жидкого топлива в труднодоступные районы и на Крайний Север при одновременном повышении надежности энергоснабжения;

– повышение надежности энергоснабжения населения и производства (особенно сельскохозяйственного) в зонах централизованного энергоснабжения (главным образом в дефицитных энергосистемах) во время аварийных и ограничительных отключений;

– сокращение вредных выбросов от энергетических установок в отдельных городах и населенных пунктах со сложной экологической обстановкой, а также в местах массового отдыха населения.

Действительно, объемы низко-потенциального тепла огромны, но их прямое использование экономически невыгодно, что показано в многочисленных работах. Только используя тепло-насосные установки (ТНУ), можно создать экономически эффективные схемы теплоснабжения жилых, общественных и промышленных зданий, а также для низкотемпературных процессов промышленности и сельского хозяйства. Благодаря тепловым насосам возможно использование тепла сточных вод и таких экзотических источников, как тепло глубин земли, озерной воды и т. д.

Возобновляемые и нетрадиционные виды энергии привлекают внимание также и относительно высокой экологической чистотой по сравнению с традиционными. Это особенно важно для региона озера Байкал, если учесть что большинство расположенных здесь котельных и ТЭЦ работают на угле. Зимой, в условиях сибирского антициклона, рассеяние вредных выбросов мало. Поэтому экологическая обстановка в регионе одна из самых тяжелых в России.

Применение возобновляемых источников энергии, особенно солнечной, является обоснованной для объектов, оторванных от централизованного электроснабжения, таких как ряд небольших поселков в районе озера Байкал и на севере Иркутской области, Красноярского края, в Саха-Якутии и т. д [3].

Основная черта климата Иркутской области - резкая континентальность - обусловлена циркуляцией атмосферы. Зимой на территории Восточной Сибири формируется мощный антициклон, в котором преобладает ясная тихая погода. Характерной особенностью летней циркуляции является усиление циклической деятельности.

На рассматриваемой территории все компоненты радиационного баланса подчиняются в основном широтному распределению. Но, кроме того, выделяются два района, характеризующиеся увеличением прямой и суммарной радиации в результате повышенной прозрачности атмосферы - озеро Байкал и высокогорье Восточного Саяна.

Годовой приход принятой солнечной радиации на горизонтальную поверхность при ясном небе (то есть возможный приход) составляет 4200 МДж/м² на севере Иркутской области и увеличивается до 5150 МДж/м² к югу. На берегу Байкала годовая сумма возрастает до 5280 МДж/м², а в высокогорных районах Восточного Саяна достигает 5620 МДж/м².Годовые суммы рассеянной радиации при безоблачном небе составляют 800-1100 МДж/м².

Иркутская область обладает большими запасами водных ресурсов. Достаточно велико число больших и малых рек. Возможностей для развития малой гидроэнергетики много.

Для рек Иркутской области характерными являются весенние половодье, дождевые паводки в теплый период, но сравнительно низкая летняя межень и очень низкая зимняя межень. Некоторые реки зимой замерзают.

Исходя из этого, проблемы установки малой гидроэлектростанции необходимо решать отдельно для каждого случая, совмещая получение энергии с какими-либо другими традиционными или нетрадиционными способами. Причем, в каждом случае необходимо провидение оптимизационных расчетов.

Особенности рельефа и климата Иркутской области оказывают определяющее влияние на ветра. Так, в холодный период года, когда над Восточной Сибирью устанавливается антициклон, преобладает малооблачная погода со слабыми ветрами. В теплое время года циклоническая деятельность оживляется, тем не мнение, ветры на территории области, как правило, не отличаются значительными скоростями.

В холодный период года над большей частью территории преобладают ветры западного направления, летом - северо-западного. Но у земли направление ветра, естественно, определяется особенностями рельефа. В частности, в Илимске, расположенном в узкой долине реки Илим, имеющей направление с востока на запад, преобладающими являются восточные и западные ветры.

Влияние Байкала мало заметно вне окружающих его хребтов, но определяет местные особенности. Так, зимой средние скорости ветра по области, как правило, не превышают 1 м/с. Лишь в отдельных пунктах на Байкале эти скорости достигают 2 м/с, а иногда 5 м/с.

В годовом ходе скорости ветра имеют место два максимума: первый в апреле-мае (основной), второй - в октябре. В целом, сила ветра и повторяемость скоростей в Иркутской области очень сильно зависит от месторасположения площадки. За исключением зоны Байкала ресурсы ветра не велики и, на наш взгляд, не дают оснований для рекомендации по установке ветроэнергетических установок. Такие установки могут оказаться эффективными на острове Ольхон (северная оконечность), где достаточно велика повторяемость ветров со скоростью, превышающей 5 м/с, а также в устьях рек, впадающих в Байкал (Б. Голоустное, Сарма, Бугульдейка).

Суточный ход скорости ветра зимой выражен крайне слабо, а весной и летом скорости ветра в дневные часы увеличиваются в 3-5 раз по сравнению с их значениями ночью.

На территории Байкальского региона сосредоточено 37% гидроэнергетического, 43% гелиоэнергетического, 30% ветроэнергетичес-кого и более 50% потенциала лесной биомассы Восточной Сибири (см. табл.1). Соотношение между валовым, технически возможным и экономически оправданным потенциалами для разных видов возобновляемых природных энергоресурсов (ВПЭР) различно.

Таблица 1