Мировой опыт и перспективы использования возобновляемых источников энергии в системе электроснабжения сельских поселений

премьер - министр России Владимир Владимирович Путин подписал постановление об основных направлениях государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2020 года . В соответствии с этим документом , доля альтернативной энергетики , или возобновляемых источников энергии , в нашей стране , как предполагается , составит к 2015 году 2,5%, а к 2020 му – 4,5%. Подписание документа означает , что любой инвестор , вложившийся в строительство таких энергомощностей , будет получать фиксированный возврат средств от государства на каждый киловатт - час , возврат составит 2,5 копейки на 1 кВт · ч . Они будут собираться со всех потребителей на территории страны . По замыслу , эта компенсация должна сделать альтернативную энергетику прибыльной [1].

Если обратиться к [2, 3] ВИЭ – это солнечное излучение , энергия ветра , рек , морей и океанов , внутреннего тепла Земли , воды , воздуха ; энергия естественного движения водных потоков и существующих в природе градиентов температур ; энергия от использования всех видов биомассы , получаемой в качестве отходов растениеводства и животноводства , искусственных лесонасаждений и водорослей ; энергия от утилизации отходов промышленного производства , твердых бытовых отходов и осадков сточных вод ; энергия от прямого сжигания растительной биомассы , термической переработки отходов лесной и деревообрабатывающей промышленности . Другими словами ВИЭ – это источники непрерывно возобновляемых в биосфере Земли видов энергии . Возобновляемая энергия не является следствием целенаправленной деятельности человека , и это является её отличительным признаком .

Невозобновляемые ( традиционные ) источники энергии – это природные запасы веществ и материалов Земли , которые используются человеком для производства энергии . Примером таких источников энергии является ядерное топливо и углеводороды ( уголь , нефть , газ ). Энергия невозобновляемых источников в отличие от возобновляемых находится в природе в связанном состоянии и высвобождается в результате целенаправленных действий человека .

Традиционное производство и использование энергии связаны с загрязнением окружающей среды. Так, например, при сжигании ископаемых видов топлива, образуются токсичные газы и вещества, отрицательно воздействующие на окружающую среду. По подсчетам Института энергетической стратегии, на Россию приходится 12% мировых запасов нефти, 35% запасов газа, 16% угля и 14% урана. И это при том, что население нашей страны составляет всего 2,4% от численности всего человечества. В связи с этим и сложилось понятие, что в стране богатой углём, газом и нефтью, не может быть стимулов для производства альтернативной энергии. Это была основа государственной энергетической стратегии России. Но в последние годы возрастает интерес к более интенсивному использованию возобновляемых источников энергии, в большей степени на данный курс оказывает сильное влияние тот факт, что свыше 75% территории страны не имеет централизованного энергоснабжения и доставлять в эти районы это же углеводородное топливо становится с каждым годом все дороже.

Потребление углеводородов по всему миру ежегодно возрастает в среднем на 4%. При сегодняшнем темпе потребления , по различным источникам : нефти хватит на 20÷30 лет , газа на 70÷80 лет , больше всего осталось угля на 170÷180 лет .

Рациональное использование энергии , сокращение потребления энергоносителей , а также применение технологий , не наносящих ущерба окружающей среде , представляют собой важные инструменты в сфере охраны окружающей среды . Существенная роль в снижении уровня экологического загрязнения от использования традиционных видов топлива принадлежит расширению применения возобновляемых источников энергии . В нашей стране уже проведен анализ эффективности использования ВИЭ в ряде регионов , а также подготовлены проекты планов действий . Так , в Нижегородской области предполагается наладить использование биомассы – отходов лесопереработки , в Астраханской – солнечной и ветровой энергии , а в Краснодарском крае еще и геотермальной энергии , а также отходов сельского хозяйства .

К настоящему времени потенциал возобновляемых источников энергии используется в незначительных объёмах , особенно в отечественной строительной индустрии . Начавшийся осенью 2008 года мировой финансовый кризис заставил пересмотреть взгляды на вопросы энергообеспечения .

В свое время энергетический кризис 1970- х годов дал толчок развитию исследований в области использования возобновляемых источников энергии в малоэтажном строительстве . В нашей стране так же начинались активные разработки домов с использованием возобновляемых источников энергии , но в начале 90- х годов прошлого столетия эти исследования были приостановлены .

В нашей стране строительство загородного и сельского жилья , в подавляющем большинстве случаев , велось по типовым проектам , где обеспечивался минимальный уровень комфорта и физиологических норм . В последние годы начался новый этап проектирования и строительства такого рода жилья , но нехватка опыта в этом виде проектирования и строительства приводит , на начальном этапе , ко многим проблемам .

Тема загородного и сельского жилья , использующего возобновляемые источники энергии , 30

актуальна не только с точки зрения экологичности , но и с точки зрения развития нового направления архитектуры жилого малоэтажного дома .

Помимо многочисленных частных домов , проектируемых с использованием возобновляемых источников энергии , в Европе активно действуют программы по проектированию « экологических поселений », поддерживающиеся государством и региональными властями .

Наиболее быстрыми темпами в последние годы развиваются технологии практического использования фотоэлектрических преобразователей энергии , средний ежегодный прирост которых составляет порядка 60%. Высокими темпами внедряются и другие технологии использования ВИЭ : ветроустановки – 28%, производство биотоплив – 25%, солнечные нагревательные установки – 17%, геотермальное теплоснабжение – 13%, малые и микро - ГЭС – 8%, в то время как традиционные отрасли энергетики развиваются темпом 2÷4% в год , в том числе « большая » гидроэнергетика 2%, атомная энергетика 1,6% [4].

Более подробно остановимся на самом изученном и весьма перспективном на сегодняшний день направлении – солнечной энергетике , так как она находится в наиболее развитом состоянии и отвечает требованиям безопасности , экологичности , доступности и изученности последствий ее применения .

Наибольшее развитие солнечная энергетика получила в Японии 48%, Германии 23% и СШ А 16%. В этих странах приняты законы и постановления по развитию ВИЭ , а так же предоставляются различного рода льготы тем , кто использует ВИЭ . Сегодня уже более двух десятков стран используют или начали использовать солнечную энергию .

На рынке энергетических систем на основе солнечных модулей предлагается огромное количество систем , различающихся по своей мощности и , следовательно , функциональному назначению . Так как солнечный модуль производит электроэнергию в дневное время , а используется она и в вечерний период , то энергетическая система должна содержать как минимум три основных элемента : солнечный модуль , батарею для накопления электроэнергии , автоматизированное устройство управления энергетической системой , в составе которой может быть и инвертор , так как солнечный модуль вырабатывает только постоянное напряжение . В зависимости от мощности цена на энергетические установки может достигать десятков тысяч долларов .

В Европе и СШ А распространены энергетические системы для дома мощностью 1÷2,5 кВт , которые подсоединены к центральной энергетической системе и не содержат накопителей электроэнергии . В 2000 году Германия приняла меры к стимулированию производства и использования фотоэлектричества . Основываясь на положительном опыте ветроэнергетики , 25 февраля была принята независимая от государственного бюджета система специальных закупочных тарифов (feed-in-tariff) для производителей фотоэлектричества , согласно которой государство приобретает электроэнергию , вырабатываемую фотоэлектрическими преобразователями в дневное время , по цене 99

германских пфеннигов ( ≈ 0,65 евро ) за 1 кВт · ч у собственников фотоэлектрических солнечных модулей , подключенных через инверторы со счетчиками в государственную электрическую сеть , а вечером и ночью уже энергосистема отдает своим потребителям ( населению ) необходимое им количество электроэнергии по цене 20 германских пфеннигов ( ≈ 0,13 евро ) за 1 кВт · ч .

Этот закон в сочетании с существующей в Германии программой «100 000 солнечных крыш » привел к тому , что только за два последние дня апреля 2000 года поступили заявки на фотоэлектрические солнечные модули общей мощностью порядка 20 M Вт , что составило пятую часть общего годового производства солнечных модулей в Европе и в два раза больше , чем предсказывалось ранее для Германии на весь 2000 год .

Рис . 1. Крыши жилых домов , построенных при поддержке программы «100 000 солнечных крыш » в г . Фрайбург ( Германия ).

При этом для покупателей фотоэлектрических солнечных модулей мощностью до 5 кВт был доступен практически беспроцентный кредит на 10 лет . Таким образом , правительство Германии стимулировало своих граждан приобретать фотоэлектрические солнечные модули .

Крупнейшим рынком сбыта фотоэлектрических преобразователей в настоящее время является Испания . В 2008 году благодаря активной правительственной программе , суммарная мощность солнечных электростанций в этой стране возрастала на 2 000 кВт ежедневно . По состоянию на февраль 2009 года треть электроэнергии , получаемой в Испании , приходилось на фотоэлектричество .

Рис . 2. Солнечные модули с успехом вписываются в архитектуру уже существующих зданий и сооружений г . Фрайбург ( Германия ).

Стоимость системы мощностью 1 кВт примерно 7 000 долларов , а 1,5 кВт – 10 000 долларов . Для автономного энергоснабжения сельских поселений и объектов сельского здравоохранения разработаны системы PS 900, PS 2400, вырабатывающие переменное напряжение 220 В . Мощность систем составляет 900 Вт и 2 400 Вт соответственно . Стоимость такого рода систем 20 000÷33 500 долларов .

Высокая цена установок определяется высокой стоимостью солнечных модулей . При производстве монокристаллических кремниевых солнечных модулей затрачивается такое количество энергии и труда , которое не окупится в течение всего времени их эксплуатации . В то же время фотоэлектрические преобразователи на основе поликристаллической кремниевой ленты являются достаточно коммерчески привлекательными , несмотря на более низкие значения к . п . д ., так как в течение их эксплуатации они вырабатывают электроэнергии значительно больше , чем было затрачено на их производство . По мнению большинства ученых , наиболее перспективными для наземного использования являются тонкопленочные фотоэлектрические преобразователи , низкая стоимость которых при массовом производстве и при достаточной эффективности определяется уменьшением их толщины в 100 раз . Наибольшую эффективность демонстрируют солнечные элементы на основе пленок полупроводниковых поликристаллических соединений Cu(In,Ga)Se 2 , CdTe толщиной порядка нескольких мкм и пленок гидрогенизированного аморфного кремния .

Сейчас стоимость фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии составляет 1,5÷3,5 доллара за 1 Вт . Эта стоимость будет уменьшаться с развитием технического прогресса и увеличением их эффективности , например , с 1976 года по 1996 год стоимость фотоэлектрических преобразователей снизилась на 80%.

Снижение стоимости тонкопленочных фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии до 1 доллара за 1 Вт , которое прогнозируется к 2010 году , сделает фотоэлектричество конкурентно способным с электроэнергией , производимой на тепловых электростанциях . Конкуренцию по стоимости , получаемой электрической энергии , данному виду ВИЭ может составить только атомная энергетика . Но , беря во внимание другие неблагоприятные факторы атомной энергетики , конкуренции ВИЭ в настоящее время пока нет .