Аккумуляция энергии
1. Анализ способов аккумуляции энергии
1.1. Актуальность задачи аккумуляции энергии
Производство и потребление различных видов энергии в мире растет быстрыми темпами, определяя прогресс во всех областях жизнедеятельности человека (Рисунок 1.1.1). Одновременно усложняются процессы преобразования энергии, расширяется многообразие энергетических установок и агрегатов, обеспечивающих наиболее рациональные режимы энергопитания разнородных потребителей. Наряду с ростом количественных показателей энергообеспеченности промышленности, транспорта, сельского хозяйства, быта и т. п. все большую роль начинают играть показатели качества использования энергии, что связано с рациональным согласованием параметров энергии на различных стадиях ее преобразования. Значительное место в решении возникающих при этом проблем отводится накопителям энергии, являющимся важным промежуточным звеном между системами генерирования и системами распределения и потребления энергии. 1
Рисунок 1.1.1. Суммарное мировое потребление электроэнергии, по регионам. 2
Актуальность проблемы аккумуляции энергии повышается столь быстро, что ее значимость в современной научно-технической литературе отражается недостаточно полно. Имеющиеся публикации носят, главным образом, либо общий обзорный характер, либо посвящены отдельным, хотя и важным, но частным вопросам аккумуляции энергии.
Гарантированное бесперебойное энергообеспечение потребителей было и остается основной задачей развития отечественной и мировой энергетики, приобретая особое значение в условиях экономической нестабильности. 1
Повышение эффективности использования энергии является самым дешевым, быстрым и экологичным способом решения проблем, связанных с нехваткой энергии. Повышение эффективности использования энергии снимает необходимость дополнительных инвестиций в энергетику. Многие меры, направленные на повышение эффективности использования энергии, приводят к сокращению издержек, связанных с покупкой энергии. Но в этой области существует ряд проблем, которые необходимо решить. Так, например, потребители не располагают достаточной информацией. При покупке машин, домов и домашних приборов немногие думают об их экономичности. Даже менеджмент компаний в процессе принятия решений рассматривает энергоэффективность как вторичный фактор. 2
Следует отметить, что существуют способы повышения энергоэффективности, с которыми потребители незнакомы. И одним из таких способов является аккумуляция энергии.
Использование аккумуляции энергии – это новый взгляд на энергетику как на сбалансированную систему. Это позволит подводить к накопителю небольшие мощности, аккумулировать энергию и при необходимости обеспечить потребителя мощностями, значительно превышающими подводимые. 3 Аккумуляция энергии важное место занимает в системах автономного энергоснабжения (АСЭ), но подробнее об АСЭ будет рассказано ниже, в главе «Возможность использования аккумуляторов в качестве резервного источника энергии».
В настоящее время более половины территории России, прежде всего в удаленных районах Крайнего Севера, Дальнего Востока и Восточной Сибири, где проживает около 20% населения страны, не имеет централизованного электро- и теплоснабжения. Российские фермерские хозяйства только на 65% обеспечены электроэнергией и около 20% садово-огородных участков городских жителей также не имеют электроэнергии. Такие категории потребителей как оленеводы, чабаны, геологи, метеорологи, охотники, пограничники, военные и многие другие не имеют достаточных средств энергоснабжения. Имеющиеся обследования рынка, опросы на ярмарках и выставках, предварительные переговоры с потенциальными заказчиками показывают резко возросший интерес этих категорий потребителей к автономным системам с гарантированным электрообеспечением на базе возобновляемых источников энергии. Оценки, сделанные представителями погранвойск и МЧС России показывают, что потребность в АСЭ мощностью до 30 кВт для их нужд составляет более 15000 штук. 1
Для справки: в зонах с нецентрализованным и дефицитным энергоснабжением (20% тепла и 10% электроэнергии России) добывается: 75% нефти, 15% угля, 95% алмазов, 90% пушнины, 92% газа, 90% драгоценных металлов, 40% древесины, 50% рыбы. А на регионы с нецентрализованным энергоснабжением приходится 70% территории, 20 миллионов человек населения и 15% основных фондов. 2 (Рисунок 1.1.2)
Рисунок 1.1.2. Деление территории Российской Федерации по типу энергоснабжения – централизованное, автономное и неэлектрифицированное. 3
Решение задач по электрификации маломощных рассредоточенных объектов традиционными способами (как это было осуществлено на Аляске и Севере Канады), согласно экспертной оценке на малонаселенной территории России потребует более 350 миллиардов долларов и около полувека для ее осуществления. Недостаточное энергоснабжение приводит к снижению эффективности деятельности человека, сложностям обустройства быта и создания нормальных социальных условий жизни. Все это влечет за собой отток населения из таких районов, снижение производительности и остановку местных производств и, как следствие, излишнюю социальную напряженность. 1 Решить данную проблему как раз и помогут автономные системы с гарантированным электрообеспечением на базе возобновляемых источников энергии.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что проблема аккумуляции энергии актуальна и на настоящий момент проводятся научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, касающиеся накопителей энергии. К тому же актуальность аккумуляции энергии определяется и экологическим фактором, определяющим перспективы уменьшения выбросов парниковых и других газов и улучшения качества атмосферы. Также следует обратить внимание и на энергосбережение, которому придается большое значение при решении энергетических вопросов. Один из вариантов энергосбережения заключается в использовании меньшего количества энергии и строгом ее сохранении, преимущественно путем увеличения энергоотдачи. 2 Такой подход дает больший эффект на уровень потребления полной энергии чем на фактический уровень производства электроэнергии, и приводит к увеличению доли использования электроэнергии в картине полного энергопотребления. А именно к этому варианту энергосбережения и относятся разработки в области аккумуляции энергии.