Введение

С каждым годом все больше обостряются вопросы, связанные с дальнейшими путями развития энергетики. С одной стороны, рост населения, стремление к повышению жизненного уровня людей диктуют целесообразность наращивания мощностей энергетики, и в первую очередь электроэнергетики, причем, просто гигантскими темпами; с другой стороны, возникающие экологические проблемы, истощение природных источников сырья, и, в первую очередь, нефти и газа, требуют более экономичного и рационального использования полученной энергии и потенциальной энергии ее источников. Диалектика жизни повернула нас лицом к источникам возобновляемой энергии, природа которых определяется процессами на Солнце и в глубинах Земли, гравитационным взаимодействием Солнца, Земли и Луны. По оценкам специалистов оказалось, что только за счёт извлечения доступной части энергии, постоянно возобновляющейся в Мировом океане путём образования градиентов температур и солёностей, волн, течений, приливов, можно получать примерно в 10 раз больше энергии, чем сейчас дают ежегодно «сжигаемые» 10 млрд. т условного топлива. Возобновляемые источники энергии привлекают своей относительной экологической чистотой, принципиальной возможностью создать на планете общество, живущее в равновесии со средой, возможностью распределения преобразователей самого различного масштаба и назначения по всей планете. В перспективе это позволит даже управлять климатом, что немаловажно, если учесть энергозатраты, идущие на преодоление последствий стихийных бедствий, на отопление жилищ, на получение пищи. Но чтобы использование возобновляемой энергии вышло на требуемый уровень, необходимо совершить революцию в наших представлениях о соответствующих источниках, создать в обществе предпосылки к широкому внедрению соответствующих устройств, подготовить специалистов, которые могли бы разрабатывать такие устройства и правильно эксплуатировать их. Потребность в освоении и развитии энергетики на возобновляемых ресурсах становится всё более очевидной при возрастающем спросе на топливо, особенно на нефть, росте населения и требований к уровню жизни, особенно в развивающихся странах.

К серьезным недостаткам ВИЭ, ограничивающим их широкое практическое применение, относятся невысокая плотность энергетических потоков и их непостоянство во времени и, как следствие этого, необходимость значительных затрат на оборудование, обеспечивающее сбор, аккумулирование и преобразование энергии.

Вместе с тем технологии использования различных ВИЭ активно развиваются во многих странах мира, многие из них достигли коммерческой зрелости и успешно конкурируют на рынке энергетических услуг, в том числе при производстве электрической и тепловой энергии. [5]

В мировом масштабе начиная с 2010 г. прогнозируется интенсивное снижение потребления углеводородных источников энергии, которое будет компенсироваться за счет ВИЭ, доля которых в общем энергобалансе достигнет к 2050 г. величины 50 % [7].

Ещё один путь экономии энергетических ресурсов связан с повышением эффективности использования энергии у потребителей – в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве и в быту. Здесь имеются огромные резервы, использование которых позволяет экономить энергоресурсы зачастую при значительно меньших затратах, чем в процессах получения и преобразования первичной энергии. Установлено, например, что затраты на любые мероприятия по экономии топлива и электроэнергии в 2-3 раза ниже затрат на расширение топливно-энергетической базы. К мероприятиям по повышению эффективности использования энергии у потребителей можно отнести переход на более совершенные и менее энергоёмкие технологии, использование вторичных энергетических ресурсов и, наконец, выравнивание временных несоответствий между производимой энергией и потребностями в них посредством аккумулирования энергии. Если такие несоответствия вызываются изменениями (более менее резкими) в потреблении энергии, то это задача снятия пиковой нагрузки, которая может быть решена, хотя бы частично, с помощью аккумулирования энергии. Установка для аккумулирования энергии может оказаться дешевле пиковой энергетической установки. Кроме того, при её применении могут быть снижены затраты на топливо (несмотря на некоторые потери в аккумуляторе), так как для зарядки аккумулятора может быть использован избыток энергии от установок базисной нагрузки с низкой стоимостью топлива.

Если несоответствия между подачей и потребностями в энергии обусловлены видом источника первичной энергии и установки для преобразования энергии, то задача аккумулирующей установки состоит в выравнивании выработки энергии путём срезания пиков и заполнения провалов выработки. Известно, что мощность некоторых первичных источников энергии подвержена периодичности (солнечные энергетические установки и гидроаккумулирующие электростанции), или случайным изменениям (ветро-, гидро- и солнечные энергетические установки).

К другим задачам аккумулирования энергии относятся:

- обеспечение резерва в случае внезапного прекращения работы установок, особенно на период запуска резервных установок;

- регулирование или буферное аккумулирование при высоких амплитудах изменения нагрузки, что позволяет покрывать нагрузку при небольших градиентах изменения мощности первичного источника энергии;

- аккумулирование энергии вблизи мест её потребления с тем, чтобы уменьшить пики нагрузки и стоимость системы энергоснабжения не только в части преобразования энергии, но и в распределительной сети [4].

Создание децентрализованных гибридных систем энергообеспечения потребителей с использованием возобновляемых источников энергии и применением аккумуляции – задача непростая, требующая тщательного эколого-экономического обоснования с учетом экономического потенциала традиционных и возобновляемых энергетических ресурсов в районе строительства объекта, климатических и метеоусловий, влияющих на потребность в различных видах энергии и эффективность использования ВИЭ.