© 2019 Teplovichok Today. Сайт создан на Wix.com

  • White Facebook Icon
  • White Twitter Icon
  • Google+ Иконка Белый
  • Teplovichok Today

Развитие индивидуальной генерации на основе ВИЭ как один из определяющих факторов трансформации ЕЭС

Конева Александра, независимый эксперт


В конце прошлого столетия возобновляемые источники энергии (ВИЭ) начали стремительно развиваться и вытеснять традиционные ресурсы. Причиной этому послужил ряд факторов, в первую очередь быстрый рост энергопотребления в мире – в кратчайшие сроки необходимо было обеспечить энергией огромное количество промышленных объектов и население. Страны-импортеры энергоресурсов попадали в зависимость от экспортирующих стран, получивших возможность оказывать как экономическое, так и политическое воздействие.


Территориальная неравномерность распределения энергоресурсов в странах, обладающих ими в достаточном количестве, также оказалась барьером для развития традиционной энергетики. Кроме того, оказало влияние и увеличение аварий на объектах производства энергии на базе традиционных источников. Безопасность же производства энергии на основе ВИЭ на несколько порядков выше. Не последнюю роль сыграло негативное воздействие промышленных предприятий на окружающую среду и ограниченность ресурсов традиционных источников энергии, пополнить запасы которых не представляется возможным. Развитию возобновляемой энергетики также способствовали частые перебои в поставках электроэнергии, удаленность некоторых домохозяйств от централизованной сети электроснабжения, непрекращающийся рост тарифов. Все это привело к тому, что перестройка структуры энергетики стала неизбежной [4].


Однако не успели первые разработки для получения энергии на базе ВИЭ в промышленных масштабах достичь высокого уровня внедрения, как стали появляться индивидуальные автономные энергосистемы. Возможные варианты индивидуальных систем энергоснабжения на базе ВИЭ довольно многообразны. Обеспечить домохозяйство электричеством и теплом можно, используя солнечную энергию (солнечные панели, печи), ветровую энергию (мини-ветрогенераторы), водные ресурсы (мини-гидроэлектростанции), геотермальную энергию (геотермальный термонасос), водород (водородные генераторы), биомассу (котлы), а также многочисленные комбинированные энергосистемы (водород и солнце, ветер и солнце). И это далеко не все возможные варианты.


Один из самых распространенных методов генерации электричества – установка солнечных панелей на крыше дома. Однако Копенгагенская международная школа шагнула дальше — на фасаде здания установлено 12 тыс. солнечных панелей общей площадью 6048 м2 (рис. 1). Система обеспечивает около половины потребности школы в электроэнергии (200 МВт∙ч в год). Тонкопленочные колерованные фотоэлектрические панели не просто крепятся к стенам здания, но и являются фасадным материалом. Стоимость проекта составила примерно 5 млрд руб. в ценах 2018 г. [11, 22].


Рисунок 1 – Международная копенгагенская школа в Дании.


Другой метод генерации — гибридные системы, в которых используются сразу два источника энергии или более. Комбинированная система, работающая на энергии солнца и водорода, может обеспечить бесперебойную подачу электричества и тепла круглогодично. Большим преимуществом такой установки является разработанный алгоритм управления режимами работы: день/ночь и зима/лето (рис. 2). Летом система работает за счет солнечных панелей и аккумулятора, излишки вырабатываемой электроэнергии идут на производство водорода. Зимой водород из топливного элемента сжигается для производства электричества и тепла, а выделяющаяся при этом вода используется для увлажнения воздуха. При пиковой нагрузке возможно повышение выдаваемой мощности в два раза. Установка способна обеспечить до 60% от общего потребления тепла. Стоимость оснащения такой системой домохозяйства с потреблением 3500 кВт∙ч в год составляет 3,87 млн руб. без учета монтажа в ценах 2018 г. [10,12,17,20].


Рисунок 2 – Принцип работы системы «Picea» днем в зимнее время.


Еще одним быстро развивающимся методом энергоснабжения на базе ВИЭ является использование геотермальной энергии. Примером может служить система HVAC (heating, ventilation, and air conditioning), которая обеспечивает отопление, охлаждение и кондиционирование индивидуальных домов независимо от времени года и места расположения (рис. 3). Такая система способна сократить ежемесячный счет за отопление и электричество на 40–60%. В среднем стоимость установки системы HVAC для дома площадью 2500 м2 в зависимости от комплектации и способа прокладки труб составит от 1,17 млн до 1,46 млн руб. в ценах 2018 г. [16,18,19].


Рисунок 3 – Возможные способы установки HVAC системы.


В качестве примеров приведены реально существующие системы, использующие ВИЭ для локального обеспечения электричеством и теплом. Эти системы успешно функционируют по всему миру. Энергоснабжение с применением подобного рода устройств возможно и в нашей стране. Причем в некоторых случаях установить такие системы можно самостоятельно, не прибегая к помощи специалистов. Так, российский инженер Н. Дрига построил полностью автономный дом на базе гибридной ветро-солнечной станции, который эксплуатируется уже 5 лет (рис. 4). Электроснабжение дома площадью 160 м2 обеспечивается ветро-солнечной станцией, водоснабжение осуществляется из скважины, нагрев воды, отопление и приготовление пищи – за счет автономных устройств на базе традиционных источников энергии и вырабатываемым гибридной установкой электричества [13]. С помощью комбинированной системы энергоснабжения своего домохозяйства Н. Дрига добился положительного годового энергобаланса и даже отдал часть излишек в централизованную сеть электроснабжения.


Рисунок 4 – Автономный дом Николая Дриги.


Снижение стоимости материалов для изготовления индивидуальных систем энергоснабжения на основе ВИЭ приводит к тому, что их применение становится более доступным для населения. Прогнозируется ежегодное снижение средней цены за солнечную энергию в мире на 4,4% с 2017 г., причем дешевле будут стоить не только материалы для изготовления панелей, но и сопутствующие услуги и оборудование [7].


Развитию автономных систем на базе ВИЭ также способствует и рост тарифов на электроэнергию и отопление. К примеру, в Московском регионе рост цен на электроэнергию для населения, проживающего в городских населенных пунктах в домах с электроплитами, с 2011 по 2017 гг. составил 51,9%, на отопление – 65,9% [1]. Доля платежей за ЖКУ является самой большой среди всех возможных затрат и составляет треть от совокупных расходов населения России [3]. Причем наибольшие затраты на ЖКУ — это расходы на электроэнергию и отопление – 22,4 и 46,4% соответственно [23]. В связи с этим вопрос перехода индивидуальных домохозяйств на автономное энергоснабжение, независимое от централизованной сети, становится актуальным.


Например, возьмем для расчета среднее домохозяйство в Краснодарском крае. При потреблении 5 тыс. кВт∙ч в год с учетом потерь энергии до 40% в аккумуляторах и до 20% в контроллере для покрытия потребности в электроэнергии необходимо вырабатывать в год 8 тыс. кВт∙ч. Солнечная панель может работать по 7 ч в день, поэтому необходим массив панелей мощностью 4 кВт. После первого года эксплуатации солнечная батарея теряет в мощности примерно 3%, далее ежегодно по 0,7%. Следовательно, за 25 лет эксплуатации батарея мощностью 4 кВт выработает около 89 995 кВт∙ч энергии. Потери энергии в цикле ее преобразования от солнечной панели до конечного потребителя составляют 15%. С учетом этих потерь получим выработку электроэнергии в объеме 76 496 кВт∙ч за 25 лет.


Средняя стоимость солнечных систем в мире в 2017 г. 1 долл./Вт (приблизительно 63 руб./Вт), поэтому система мощностью 4 кВт будет стоить 4 тыс. долл. Аккумуляторные батареи служат от 2 до 15 лет, а силовая электроника — от 5 до 20 лет. Стоимость панелей составляет примерно 60-65% от полной стоимости системы, оставшаяся часть распределяется на различного рода оборудование. Если предположить, что оборудование будет обновляться по крайней мере два раза за срок эксплуатации, то стоимость системы увеличится до 7200 долл. [6, 15].


Таким образом, для средних домохозяйств в Краснодарском крае стоимость солнечной энергии в 2017 г. составила 5,93 руб./кВт∙ч. С учетом ежегодного повышения тарифа на электроэнергию примерно на 5% [9], уже в 2024 г. будет выгоднее получать электроэнергию от автономной индивидуальной установки (рис. 5). Рассчитанная цена электроэнергии подтверждает результаты анализа, проведенного Национальной лабораторией по исследованиям в области ВИЭ в США. Согласно их отчету, стоимость солнечной генерации в США для частных домохозяйств составила 7,52 – 9,34 руб./кВт∙ч в 2017 г. [14, 21].


Потребление электроэнергии населением в Краснодарском крае составляет 23% (2,5 млрд кВт∙ч в месяц) в общем объеме потребления [8]. Дефицит мощности в крае составляет 56% [2]. Так как население начнет постепенно уходить из энергосистемы, доля потребления электроэнергии населением снизится, дефицит мощности уменьшится, а излишки, отдаваемые в сеть, смогут покрыть часть оставшегося дефицита. В конечном счете дефицит мощности в Краснодарском крае составит менее 33%.


По результатам проведенного анализа можно сделать вывод, что при перспективном планировании развития энергосистемы необходимо учитывать также рост доли ВИЭ, т. к. их вклад может оказаться существенным. Необходимо провести экономические оценки внедрения индивидуальных энергосистем для обеспечения населения электроэнергией и степень влияния на спрос поставок электроэнергии из центральных сетей.


После достижения «точки безразличия» в 2024 г. потребителю будет неважно — остаться подключенным к центральной электросети или перейти на ВИЭ. Однако с учетом роста тарифов на электроэнергию и одновременного падения стоимости индивидуальных энергосистем переход на ВИЭ уже не является чем-то невозможным. Их влияние станет ощутимо для традиционной энергетики, т. к. потребности в ней будут уменьшаться. Также необходимо учитывать, что был рассмотрен лишь один вариант источника энергии на базе ВИЭ. Если же проанализировать все возможные варианты, то результаты могут показать более масштабный характер изменений.


Рисунок 5 – График сравнения тарифов за электроэнергию от централизованной сети и от солнечной установки в Краснодаре.



Список использованных источников:


1. 2011-2017 гг.: изменение тарифов и цен на жилищно-коммунальные услуги для населения Москвы. http://www.dom-i-dvor.info/infografika-v-gkh/2011-2017-gg-izmenenie-tarifov-i-cen-na-zhilishhno-kommunalnyhe-uslugi-dlya-naseleniya-moskvyenergetika.in.ua

2. Воронин Л. Краснодарский край вошел в число аутсайдеров по уровню энергодостаточности. https://www.kommersant.ru/doc/3240067

3. Должиков И. Тарифы должны быть под контролем общественности.

http://st-vedomosti.ru/content/

4. Моя энергия. История энергетики. http://www.myenergy.ru/popular/history/

5. «Прогноз социально-экономического развития Российской Федерации на 2018 год и на плановый период 2019 и 2020 годов». http://economy.gov.ru/wps/wcm/connect/2e83e62b-ebc6-4570-9d7b-ae0beba79f63/prognoz2018_2020.pdf?MOD=AJPERES

6. Расчет солнечных батарей. http://e-veterok.ru/095-solnehnye-batarei-vraschyot.php

7. Ревадзе Д. К 2022 г. цена на солнечную энергию в мире упадет на 27%.

https://hightech.fm/2017/06/28/solar-price

8. РосБизнесКонсалтинг. Потребление электроэнергии на Кубани в январе 2017 г. выросло на 0,6%. https://kuban.rbc.ru/krasnodar/freenews/589993699a794776abdf2f55

9. Савенко С. Тарифы-2018. http://newtariffs.ru/news/tarify-2018-skolko-i-komu-pridetsya-otdavat-za-kommunalku

10. Сидорович В. Полная автономия жилища на основе солнечной энергии и водорода. http://renen.ru/full-autonomy-of-the-home-based-on-solar-energy-and-hydrogen/

11. Сидорович В. Фасад школы – крупнейшая солнечная электростанция. http://renen.ru/copenhagen-school-solar-facade/

12. Сидорович В. Цены на электроэнергию в Германии достигли пика (или дна?). http://renen.ru/energy-prices-germany-2017/

13. Степанова М. Автономный частный дом – ищутся добровольцы! http://www.energoatlas.ru/2017/09/28/renew-house-nikolay-driga/

14. Стоимость электроэнергии от солнечных батарей. https://krovli.club/stati/stoimost-elektroenergii-ot-solnechnykh-batarej

15. Установка солнечных батарей: 6 неожиданных факторов, которые следует учесть. https://rodovid.me/solar_power/ustanovka-solnechnyh-batarey-6-faktorov-kotorye-sleduet-uchest.html

16. Energy Environmental Corporation. http://www.energyhomes.org/renewable-technology/geoinstallation.html

17. Home Power Solutions System – Picea. http://www.homepowersolutions.de/en/product

18. Improving Thermal Efficiency of horizontal ground heat exchangers Project/ Shallow geothermal systems: how to exchange heat with the ground? http://iter-geo.eu/shallow-geothermal-systems-how-extract-inject-heat-into-ground/

19. Install a Geothermal Heating or Cooling System. https://www.homeadvisor.com/cost/heating-and-cooling/install-a-geothermal-heating-or-cooling-system/

20. Michael Bauer Research GmbH/ Average Household Size in Germany. http://www.arcgis.com/home/item.html?id=b6a82e2a656042b899bb88a1aeca5751

21. National Renewable Energy Laboratory/ Record-low costs enabled by decline in module and inverter prices https://www.nrel.gov/news/press/2017/nrel-report-utility-scale-solar-pv-system-cost-fell-last-year.html

22. NIRAS International Consulting. A new international school in Copenhagen’s Nordhavn district. https://www.niras.com/projects/copenhagen-international-school/

23. United Traders Magazine. Экономика России, цифры и факты. Ч. 14. Сфера услуг. https://utmagazine.ru/posts/10567-ekonomika-rossii-cifry-i-fakty-chast-14-sfera-uslug

Просмотров: 81