Кому помогут солнце и ветер

Ветряки и солнечные батареи обеспечат энергией жителей Дальнего Востока и юга России. Ученые НИУ ВШЭ разработали системный подход к расчетам потенциалов возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Их методика позволяет рассчитать потенциал развития ветровой и солнечной энергетики при замещении существующих генерирующих мощностей. Также новация даст возможность экономить органическое топливо и сокращать выбросы парниковых газов в атмосферу.

Исследование опубликовано в научном журнале Energy в статье Wind and solar PV technical potentials: Measurement methodology and assessments for Russia.

Авторы исследования:
Лилиана Проскурякова, доцент Института статистических исследований и экономики знаний (ИСИЭЗ) НИУ ВШЭ.
Борис Ермоленко, ведущий эксперт Центра прикладных исследований региональной и муниципальной энергетики НИУ ВШЭ.
Георгий Ермоленко, заведующий Центром развития возобновляемых источников энергии НИУ ВШЭ.
Юлия Фетисова, ведущий эксперт Центра развития возобновляемых источников энергии НИУ ВШЭ.

 

Потенциал пересчитали

Специалисты двух подразделений Вышки — Института энергетики и ИСИЭЗ оценили потенциал развития возобновляемых источников энергии в России в целом и в каждом из 85 регионов в отдельности. Им нужно было создать научно обоснованные и точные оценки потенциалов ВИЭ, преодолеть методологические неточности предыдущих исследований (в части надежности исходных данных; отсутствия часовых, суточных и ежемесячных оценок и др.) с учетом мирового опыта.

В мировой практике, как правило, оцениваются три вида энергетических потенциалов ВИЭ: валовый (тео­ретический), технический и экономический. В рамках проведенной работы ученые ввели дополнительные виды потенциалов:

• топливный (задает величину потенциала ВИЭ в тоннах условного топлива);
• теплоэнергетический (оценивает количество тепловой энергии в Гкал, которое можно произвести путем преобразования энергии ВИЭ в тепло, и соответственно экономию тепловой энергии, получаемой при сжигании органических топлив);
• электроэнергетический (показывает, сколько электрической энергии можно выработать, а, следовательно, задает и снижение расхода электрической энергии, производимой традиционными методами);
• потенциал ресурсосбережения (показывает, сколько ископаемого топлива можно сэкономить);
• экологический (оценивает объем выбросов парниковых газов в атмосферу, который удастся избежать).

Эти потенциалы демонстрируют преимущества использования возобновляемой энергетики: уменьшение потребления тепловой и электрической энергии, производимой путем сжигания ископаемых органических топлив, и, как следствие, снижение расхода этих топлив и сокращение массы выбрасываемых в атмосферу загрязняющих веществ.

NASA в помощь

Сети российских метеорологических, аэрологических и актинометрических (измеряют солнечную радиацию) станций располагаются на значительном удалении друг от друга. Их данных недостаточно для получения необходимой информации о характеристиках ветра и солнечной радиации на большей части территории РФ. Оценить по ним ресурсы возобновляемой энергетики с необходимой достоверностью чаще всего невозможно.

Поэтому, для устранения неопределенности, в качестве исходной информации исследователи использовали метеорологические базы данных SSE NASA по ветровой и солнечной активности, предоставляющие однородную информацию с шагом 1⁰x1⁰.

Для оценки эффективности использования ветрогенераторов с различными техническими характеристиками специалистами Института энергетики разработана авторская методика, прошедшая верификацию на данных ветромониторинга, проведенного немецкой инжиниринговой компанией в одном из регионов РФ. Данные собирались в течение 18 месяцев с использованием мачт высотой 70 метров. Эта методика позволяет, используя данные по повторяемости ветра на высоте 50 м, оценить распределение его скоростей на произвольных высотах. Также с ее помощью можно оценивать производительность ветрогенераторов всех классов мощности для всех высот башен.

Энергия из Заполярья

Наиболее перспективными для развития ветроэнергетики оказались территории, входящие в со­став Южного и Северо-Кавказского федеральных округов (ФО); территории Северо-Западного, Уральского, Сибирского и Дальневосточного ФО, располагающиеся за полярным кругом; прибрежные зоны северо-востока страны, а также полуострова Камчатка и острова Сахалин.

Для развития солнечной энергетики перспективными регионами являются юго-западные районы страны — это, например, Калмыкия, Ставропольский и Краснодарский края, Ростовская, Волгоградская, Астраханская области. Также этот вид энергетики нужно развивать на юго-востоке РФ — на Алтае, в Приморье, Бурятии, Читинской области.

Ветряки и солнечные батареи способны обеспечить энергией миллионы нуждающихся россиян. Ведь огромное число населенных пунктов не подключены ни к центральным электросетям, ни к центральному теплоснабжению, в том числе регионы так называемого «Северного завоза». "Это зоны автономного электро- и теплоснабжения, площадь которых составляет около 70% территории страны. Там, по разным подсчетам, проживает от 10 до 20 млн человек и расположено 70 городов, более 360 поселков городского типа и около 1400 мелких населенных пунктов", — рассказала Лилиана Проскурякова. Во многие поселки тянуть газовую трубу или прокладывать линии электропередач нерентабельно. В итоге либо государство должно выделять огромные деньги на дизель-генерацию, либо людям приходится жить, обогревая дома дровами, пояснила она.

Реализация технического потенциала солнечной и ветровой энергии позволит ежегодно экономить около 40 млрд тонн условного топлива углеводородных ресурсов и предотвратить около 80 млрд тонн выбросов парниковых газов в СО2-эквиваленте.

«Предложенный учеными подход позволяет обоснованно разрабатывать региональные программы развития возобновляемой энергетики с учетом всех местных источников энергии», — говорит один из авторов исследования Георгий Ермоленко. Так, например, по результатам работы в начале марта этого года правительству Татарстана были представлены рекомендации по развитию возобновляемой энергетики с оценкой экономических, экологических и ресурсосберегающих эффектов для региона».

Людмила Мезенцева для IQ.hse.ru