Важными задачами развития арктических территорий Российской Федерации являются преодоление транспортных и энергетических ограничений, препятствующих повышению темпов экономического развития Арктики, стимулирование приоритетной разработки и внедрения энергосберегающих и энергоэффективных технологий [1].
Энергетическая проблематика арктических регионов в соответствии с курсом на формирование зеленой экономики [2] и снижение потребления невозобновляемых ресурсов с объемных (количественных) показателей переключается на качественные и структурные показатели [3, 4].
В регионах арктической зоны Российской Федерации эффективным направлением решения локальных энергетических проблем является внедрение распределенной генерации с использованием возобновляемых источников энергии [5].
Наращивание объемов генерируемой энергии на основе ветровой и солнечной энергии с одновременным снижением себестоимости вырабатываемой энергии на гибридных электростанциях стали результатом привлечения значительных инвестиций [6].
С 1930 по 1940 гг. были разработаны и рекомендованы к постройке ветроэлектрические установки Д-50 мощностью 1000 кВт с ветроколесом диаметром 50 м и 2Д-80 мощностью 10000 кВт с двумя ветроколесами диаметром 80 м каждое. Ветроустановка Д-50 предназначалась для параллельной работы с энергосистемой Кольского полуострова [7].
В исследованиях по запасам энергетических ресурсов на Кольском полуострове [8] за 1935–1938 гг. (П.А. Гарин «Энергетические показатели ветра (по материалам Карело-Мурманской экономической бригады АН СССР)», С.В. Григорьев «Запасы белого угля Карелии и Мурмана», Н.И. Берлинг «Торфяники Кольского полуострова и возможность их использования для получения кокса») указывается на возможность использования местных энергоресурсов для развития энергетики региона.
Цель настоящей работы – обзор научных публикаций по ветроэнергетике и внедрению ветроэнергетических установок в Мурманской области, подключенных непосредственно к потребителю, и в составе локальных энергосистем.
Материалы и методы исследования
Исследование базируется на обзоре научных работ в области развития распределенной энергетики с использованием ветроэнергетических установок, опубликованных в российских и зарубежных изданиях.
Результаты исследования и их обсуждение
Мурманская область относится к благоприятным зонам развития ветроэнергетики в России. По многолетним данным скорости ветра разработан ветроэнергетический кадастр, который показывает перспективность развития ветроэнергетики в регионе.
В 1974 г. Отделом энергетики Кольского филиала АН СССР (руководитель Куклин Евгений Иванович) на побережье Баренцева моря в районе поселка Дальние Зеленцы был организован опытный ветроэнергетический полигон (рис. 1), на котором в 1975 г. испытан первый ветроэнергетический агрегат «Беркут» из опытно-промышленной партии. Результаты испытаний ветроагрегатов «Беркут» и «Сокол» позволили определить зависимость мощности ветроагрегатов от скорости ветра (рис. 2).
Рис. 1. Ветроэнергетический полигон в поселке Дальние Зеленцы
Рис. 2. Мощность ветроагрегатов в зависимости от скорости ветра (м/сек), кВт
Экспериментальные исследования работы ветроэнергетического агрегата «Беркут», выполненные на опытном ветроэнергетическом полигоне, позволили дать рекомендации по совершенствованию его конструкции для арктических условий [9].
Для исследования возможности работы ветроэнергетических установок совместно с энергетической системой в 2001 г. была запущена в работу ветроустановка мощностью 200 кВт, которая обеспечивала электрической энергией отель «Огни Мурмана».
Для обеспечения электрической энергией таксофонов в 11 населенных пунктах в 2007–2008 гг. были установлены ветросолнечные установки мощностью 1,4 кВт; мощность ветроустановки – 1,3 кВт, мощность панели фотоэлектрической – 0,88 кВт.
В поселке Молочный в 2013 г. смонтирована ветроустановка мощностью 5 кВт, в 2014 г. в поселке Новая Титовка начала вырабатывать электрическую энергию ветроэлектростанция мощностью 9 кВт (три ветрогенератора по 3 кВт), в Ловозеро запущена в работу ветроустановка мощностью 4 кВт [10].
Для изолированных труднодоступных территорий Мурманской области основным источником электроэнергии являются дизельные электростанции с низкой надежностью обеспечения потребителей электрической энергией.
Выполненная в 2014–2016 гг. модернизация населенных пунктов Пялица, Чаваньга, Тетрино, Чапома с установкой ветровых и солнечных источников генерации электрической энергии (рис. 3) позволила повысить надежность электроснабжения потребителей, уменьшить финансирование из бюджета региона на завоз топлива, сократить расход дизельного топлива, уменьшить себестоимость производимой электрической энергии.
Модернизация системы электроснабжения поселков была выполнена с привлечением внебюджетного финансирования (37%).
Для сокращения потребления мазута предприятием «Green House» в городе Кола установлена ветроустановка мощностью 500 кВт. Теплоэнергия, потребляемая сушильными агрегатами, производится котлами, работающими на древесных отходах и мазуте. С 2015 г. ветроустановка вырабатывает 20% электрической энергии, требуемой предприятию, что позволило использовать в технологическом процессе сушки древесины тепловую энергию, которая производится электрическим котлом с использованием ветровой энергии.
Динамика роста установленной мощности для генерации электрической энергии в регионе на основе ветровой энергии показана на рисунке 4.
Распределенная генерация в Мурманской области на основе ветровой энергии используется незначительно, мощность ветроустановок составляет менее 0,1% установленной мощности всех электростанций [11]. Все ветроустановки работают на определенного потребителя или на локальную электрическую сеть в составе гибридных энергоустановок, включающих дизель-генераторы, ветровые и солнечные электроустановки.
С вводом в эксплуатацию Кольского ветропарка в 200 МВт (рис. 5) доля вырабатываемой электрической энергии возрастет, но составит не более 5% от общего объема электроэнергии, вырабатываемой всеми электростанциями региона.
Рис. 3. Ветросолнечно-дизельная электростанция в Пялице
Рис. 4. Установленная мощность ветроустановок в Мурманской области, кВт
Рис. 5. Строительство Кольского ветропарка
Кольская ветроэлектростанция позволит повысить эффективность функционирования гидроэлектростанций. Но при подключении ветрогенераторов к распределительным электрическим сетям могут возникнуть генерация высших гармоник, ложное срабатывание релейной защиты. Из-за переменного режима работы ветроустановок необходимо решать вопросы управления режимами электроэнергетической системы, разрабатывать экономические механизмы сбыта энергии потребителям.
На северном побережье Кольского полуострова возможно строительство ветропарков, которые могут быть расположены недалеко от существующих гидроэлектростанций и объединены с энергетической системой [12]. Высокий потенциал ветра, максимум интенсивности ветра в зимний период, наличие в энергетической системе гидроэлектростанций, позволяющих аккумулировать энергию воды при работе ветрогенераторов, являются факторами, благоприятствующими применению ветроэнергетических установок [13] при возможных сценариях развития горнодобывающей промышленности и энергетики Мурманской области [14].
Для эффективной и надежной эксплуатации ветроэнергетических установок необходимо проводить научные исследования по следующим направлениям:
– моделирование реальной скорости ветра на высоте ветрогенератора по метеорологическим прогнозам ветра и определение параметров выходной мощности ветряных турбин на основе плотности мощности ветра;
– повышение надежности ветрогенератора, лопастей и других механических деталей при ударах молнии;
– оценка влияния скорости вращения лопасти ветротурбины на систему молниезащиты ветроустановки.
Заключение
Экспериментальные исследования на ветроэнергетическом полигоне Кольского полуострова показали, что оптимальная скорость ветра для номинального режима работы быстроходных ветроагрегатов составляет 9–10 м/с.
Внедрение локальных систем энергоснабжения с использованием ветроустановок на Кольском полуострове позволило обеспечить надежность энергоснабжения удаленных изолированных территорий, сократить бюджетное финансирование за завоз топлива.
Ввод в эксплуатацию Кольского ветропарка позволит сократить выбросы углекислого газа в атмосферу на 240 тыс. т.
Библиографическая ссылка
Кузнецов Н.М. РАЗВИТИЕ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ НА КОЛЬСКОМ ПОЛУОСТРОВЕ // Фундаментальные исследования. – 2022. – № 9. – С. 37-41;URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=43324 (дата обращения: 20.04.2024).