Мурманская область располагает широким набором нетрадиционных и возобновляемых источников энергии

Минин В.А., к.т.н.
Центр физико-технических проблем энергетики Севера
Кольского научного центра РАН

Развитие энергетики Мурманской области долгие годы происходило за счет последовательного освоения гидроэнергетических ресурсов, использования привозного топлива на ТЭЦ и котельных, а также ядерного горючего на Кольской АЭС. Дальнейшая перспектива развития энергетики увязывается с сооружением Кольской АЭС-2 и с подачей в область природного газа со Штокмановского месторождения в Баренцевом море.

Вместе с тем Мурманская область располагает широким набором нетрадиционных и возобновляемых источников энергии (энергии солнца, ветра, малых рек, морских приливов и волн и др.), которые в определенных условиях могут составить конкуренцию традиционным источникам энергии или выгодно дополнить последние, принося ощутимый экономический эффект.

В таблице представлены результаты оценки потенциальных и технических ресурсов перечисленных источников. Видно, что ресурсы солнечной энергии самые большие. Однако в условиях Севера имеется ряд трудностей, связанных с освоением этого источника энергии. В первую очередь, они обусловлены минимумом поступления солнечной энергии или ее полным отсутствием в зимние месяцы, когда потребность в энергии со стороны потребителей максимальна. Во-вторых, в наших северных широтах из-за активной циклонической деятельности число дней с ясной солнечной погодой сравнительно невелико [1]. Поэтому в настоящее время практическое использование солнечной энергии имеет место лишь на небольших объектах (маяках, бакенах и т.п.), где традиционные схемы энергообеспечения слишком дороги.

Ресурсы нетрадиционных и возобновляемых источников энергии Мурманской области, млрд. кВт х ч

Кольский полуостров обладает значительными ресурсами приливной энергии. Имеется богатый опыт эксплуатации Кислогубской приливной электростанции мощностью 400 кВт. Однако ввиду сравнительно небольшой величины прилива на побережье полуострова (в среднем 2-3 м) и ограниченного числа акваторий, которые можно отсечь плотиной, сооружение приливных электростанций (ПЭС) возможно далеко не повсеместно. Заслуживает внимания Лумбовский залив Белого моря, где средняя величина прилива составляет 4,2 м, а возможная для использования площадь акватории залива достигает 70-90 км². Установлено, что Лумбовская ПЭС может иметь мощность от 320 до 670 МВт с годовой выработкой энергии до 2,0 млрд. кВт/ч [2]. Удаленность объекта строительства, необходимость больших капиталовложений и ряд других факторов пока отодвигают сооружение этой ПЭС на дальнюю перспективу. К тому же, по мнению специалистов, целесообразно вначале построить опытно-промышленную Кольскую ПЭС мощностью 40 МВт в губе Долгой близ Териберки, которая явится промежуточным этапом на пути сооружения Лумбовской ПЭС.

Кольский полуостров имеет более чем 1000-километровую береговую линию. Выполненная оценка энергии морских волн вдоль побережья Баренцева и Белого морей показала значительные запасы волновой энергии. Однако преобразование волновой энергии, ее концентрация и передача представляют большие трудности ввиду суровых климатических условий. Очевидных предпосылок использования этого вида энергии на сегодняшний день не имеется.

Замыкают список нетрадиционных и возобновляемых источников энергии биоэнергетические ресурсы, представленные древесными отходами и отходами животноводства и птицеводства. Технический потенциал этих ресурсов Мурманской области составляет около 1 млрд. кВт/ч в год. Биоэнергетические ресурсы рассредоточены по большому числу небольших хозяйств. Но очевидно, что применительно к мелким населенным пунктам и объектам, где они накапливаются, их использование представляет интерес. Древесина и древесные отходы издавна используются человеком. Отходы животноводства и птицеводства являются более «молодым» энергетическим ресурсом, но разработанные в последние десятилетия технологии переработки этого энергетического сырья дошли и до заполярных районов. В частности, они нашли применение в Ковдорском районе Мурманской области, где с помощью биоэнергетических установок получают биогаз - ценное и удобное для практического применения энергетическое топливо. Распространение полученного опыта может только приветствоваться.

Из всех перечисленных выше нетрадиционных возобновляемых источников энергии для Мурманской области наибольшие перспективы имеет освоение гидроэнергии малых рек и энергии ветра. Технические гидроэнергоресурсы малых рек области оцениваются в 2,85 млрд. кВт/ч при 334 МВт среднегодовой мощности [3]. В эту оценку включены около 40 малых и средних рек региона.

Проблема использования гидроэнергии малых рек не нова. В послевоенные годы в Мурманской области было построено несколько сельских малых ГЭС мощностью от 10 до 100 кВт, работавших на напорах от 2 до 6 м. В 60-е годы они были вытеснены более дешевыми по тем временам дизельными установками. В настоящее время в связи со значительным ростом цен на органическое топливо интерес к использованию энергии малых рек существенно возрос. Серьезным препятствием на пути сооружения ГЭС является рыбохозяйственное значение большинства рек Кольского полуострова. Требуются компромиссные решения, предусматривающие наряду с ГЭС сооружение рыбопропускных сооружений или строительство рыбоводных заводов, компенсирующих наносимый ущерб.

Для того чтобы сдвинуть с мертвой точки проблему освоения энергии малых рек, необходимо строительство нескольких демонстрационных (пионерных) малых ГЭС, которые бы на деле показали выгодность и эффективность использования малых водотоков. Первоочередными объектами в этом плане могут быть ГЭС мощностью 6 МВт на р. Пиренга, впадающей в оз. Имандра, вблизи существующего рыбоводного завода, малая ГЭС мощностью 250 кВт на реке Чаваньга на юго-востоке Кольского полуострова (в 7 км от одноименного села), а также малая ГЭС в центре полуострова на Ельреке, притоке Поноя, мощностью 500 кВт (в 12 км от с. Краснощелье). Возможная выработка этих ГЭС на 30-50% выше выработки дизельных электростанций, действующих в указанных селах. Появление избытка энергии может открыть дополнительные перспективы для хозяйственного и социально-бытового развития сел.

Мурманская область располагает высоким потенциалом ветровой энергии, сосредоточенным, главным образом, в прибрежных районах. Технические ветроэнергоресурсы оцениваются в 360 млрд. кВт/ч при суммарной установленной мощности ВЭУ около 120 млн. кВт [4]. Наиболее сильные и устойчивые ветры наблюдаются на северном побережье Кольского полуострова. Это самое ветреное место на всем европейском Севере России. Использование здесь хотя бы 1-2% указанных ресурсов, самых доступных и выгодных (а это 3-7 млрд. кВт/ч выработки и около 1 -2 млн. кВт мощности), может иметь большое значение.

Благоприятными предпосылками для использования энергии ветра на Кольском полуострове являются:

- высокий потенциал ветра на значительных территориях;

- наличие господствующих ветров (южных и юго-западных), позволяющих более компактно, с меньшими затратами размещать ветроустановки (ВЭУ) на местности;

- совпадение зимнего максимума интенсивности ветра с максимумом потребности в электрической и тепловой энергии со стороны потребителей;

- взаимодополняющий характер сезонного поступления ветровой энергии и гидроэнергии рек;

- наличие в Кольской энергосистеме 17 гидроэлектростанций суммарной мощностью более 1,5 млн. кВт, располагающих водохранилищами суточного, сезонного и многолетнего регулирования и позволяющих компенсировать неравномерность поступления энергии от ВЭУ.

Можно назвать три основных направления развития ветроэнергетики:

-автономная ветроэнергетика, подразумевающая изолированную работу ВЭУ на отдельного потребителя или на их группу;

- системная ветроэнергетика, означающая работу групп ветроэнергоустановок (парков ВЭУ) в составе энергосистемы;

-применение ВЭУ для теплоснабжения потребителей. Автономные ветроэнергетические установки могут улучшить состояние энергообеспечения децентрализованных потребителей (отдельных поселков и сел, метеорологических станций, маяков, пограничных застав, объектов Северного флота, пунктов по добыче рыбы, зверя и т.д.), сталкивающихся с трудностями топливоснабжения и получающих энергию от автономных источников - дизельных электростанций, бензиновых агрегатов мелких котельных, простых огневых печей.

Ветроэнергоустановки, работая совместно с указанными традиционными источниками энергии, способны вытеснить до 30-50%, а в наиболее ветреных районах-до 70% дефицитного органического топлива.

Системную ветроэнергетику (работу ВЭУ в составе энергосистемы) целесообразно развивать в первую очередь там, где высок потенциал ветра, имеются дороги для доставки крупных ВЭУ, есть выход в энергосистему. Предпочтительно, чтобы такой район был вблизи действующих или строящихся гидроэлектростанций. Этим требованиям отвечает, например, район, охватывающий Серебрянские и Териберские ГЭС [5]. Это четырехугольник со сторонами примерно 40x40 км, в вершинах которого расположены поселки Териберка и Дальние Зеленцы, Серебрянская ГЭС-1 и 81-й км автодороги Мурманск-Туманный (отворотка на Териберку). Перспективы крупномасштабного использования ветроэнергоресурсов в этом районе значительны.

За рубежом системная ветроэнергетика в настоящее время существует уже как самостоятельная доходная отрасль энергетики, вносящая в отдельных районах мира (Германии, Дании, Испании и др.) существенный вклад в производство электроэнергии, В России в силу финансово-экономических трудностей, переживаемых страной в последние 15 лет, развитие системной ветроэнергетики находится на начальном этапе. Вместе с тем, страна располагает необходимым научным и производственным потенциалом, уже появились первые опытные ВЭУ, выполненные на современном научно-техническом уровне. Ветроэлектрические станции работают в районе Воркуты, в Калмыкии, в Калининградской области и других районах.

На Кольском полуострове в рамках сотрудничества с Норвегией сооружена опытная демонстрационная ветроустановка мощностью 250 кВт вблизи Мурманска. Вырабатываемая энергия используется для энергоснабжения гостиницы "Огни Мурманска". Следующим шагом в развитии ветроэнергетики региона может стать строительство ветропарка мощностью 6-20 тыс. кВт в районе пос. Териберка на побережье Баренцева моря [6]. Предпринимаемые усилия являются первыми шагами в развитии системной ветроэнергетики на Кольском полуострове.

Применение ВЭУ для теплоснабжении потребителей подразумевает участие ветроэнергетических установок в теплоснабжении небольших городов и поселков, расположенных в ветреных районах, охваченных централизованным электроснабжением, но испытывающих трудности в теплоснабжении из-за постоянного роста цен на поставляемое топливо (мазут). Благоприятными предпосылками для такого использования ВЭУ является то, что[5]:

- отопительный сезон на Кольском полуострове длится 9 месяцев, при этом в зимнее время скорости ветра заметно выше, чем в летнее и, таким образом, сезонный максимум потребности в тепловой энергии со стороны потребителя совпадает с возможным поступлением энергии от ВЭУ;

- применение ВЭУ позволит превратить ветер из климатического фактора, определяющего повышенные теплопотери, в полноценный источник энергии, обеспечивающий именно в ветреные периоды активное поступление энергии на нужды отопления;

- применение ветроэнергетических установок будет способствовать значительной экономии дорогостоящего топлива, доставляемого на Кольский полуостров за 1500-2000 км;

- при таком использовании энергии ветра не обязательны высокие требования к качеству энергии, вырабатываемой ветроустановками, это позволяет максимально упростить конструкцию ВЭУ, сделав ее одновременно и более дешевой, и более надежной;

- при использовании ВЭУ для теплоснабжения представляется возможность успешно бороться с основным недостатком ветровой энергии - непостоянством во времени, так как кратковременные секундные и минутные изменения мощности ВЭУ могут сглаживаться за счет аккумулирующей способности системы теплоснабжения, более продолжительные колебания (в течение десятков минут и нескольких часов) могут выравниваться за счет аккумулирующей способности отапливаемых зданий, а во время длительных затиший в работу могут включаться специальные аккумулирующие устройства или источники тепла на органическом топливе, выступающие в роли резерва.

В целом потенциал нетрадиционных и возобновляемых источников энергии Кольского полуострова велик. Вовлечение их в хозяйственный оборот представляет собой большую научно-техническую задачу. Решение ее может облегчить энергоснабжение целого ряда потребителей и существенно поднять энергетическую независимость региона.

Выводы

1.Кольский полуостров располагает значительными ресурсами солнечной, ветровой, приливной, волновой энергии и гидроэнергии малых рек. В силу суровых природно-климатических условий наиболее реальным представляется использование энергии ветра и гидроэнергии малых рек.

2. В числе первоочередных объектов малой гидроэнергетики могут быть названы: малая ГЭС мощностью 500 кВт на Ельреке (притоке Поноя) в центре Кольского полуострова -для энергоснабжения села Краснощелье, малая ГЭС на р.Чаваньга мощностью 250 кВт - для энергообеспечения одноименного села на южном побережье Кольского полуострова и малая ГЭС на р.Пиренга, впадающей в оз. Имандра, мощностью 6 МВт-для работы в составе Кольской энергосистемы.

3. Наибольшим потенциалом ветровой энергии располагают прибрежные районы Баренцева и Белого морей. Основными предпосылками для использования здесь ветроэнергетических установок являются высокие среднегодовые скорости ветра и зимний максимум интенсивности ветра, совпадающий с сезонным увеличением спроса на электрическую и тепловую энергию со стороны потребителя.

4. Основными направлениями использования ветровой энергии на Кольском полуострове являются: применение ВЭУ для энергоснабжения удаленных изолированных потребителей; участие ВЭУ в теплоснабжении потребителей; крупномасштабное применение ВЭУ (ветровых парков) в составе энергосистемы.

5. Применение ВЭУ в зонах децентрализованного энергоснабжения способно вытеснить до 30-50%, а в наиболее ветреных районах -до 70% дефицитного органического топлива, расходуемого местными дизельными электростанциями и котельными.

6. Наиболее благоприятным районом для крупномасштабного освоения ветроэнергоресурсов и развития системной ветроэнергетики является северное побережье Кольского полуострова. Наличие вблизи побережья одиннадцати ГЭС (Серебрянский, Териберский, Туломский и Пазский каскады) суммарной мощностью около 1000 МВт с водохранилищами суточного, сезонного и многолетнего регулирования создает уникальную ситуацию, благоприятствующую промышленному освоению энергии ветра.

7. Применение ветроэнергетических установок для целей теплоснабжения потребителей позволит превратить ветер из климатического фактора, определяющего повышенные теплопотери, в полноценный источник энергии, обеспечивающий именно в холодные ветреные периоды активное поступление энергии на нужды отопления.

Литература

1. Минин В.А., Якунина Т.И., Коробко И.Л. Перспективы использования солнечной энергии в Мурманской области / Проблемы энергообеспечения Мурманской области. - Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 1992. -С. 73-81.

2. Приливные электростанции. Под ред. Л.Б. Берштейна - М.: Энергоатомиздат,1987.-296с.

3. Минин В.А., Дмитриев Г.С. Перспективы развития нетрадиционной энергетики Мурманской области / Природопользование в Евро-Арктическом регионе: опыт XX века и перспективы. - Апатиты, Изд-во Кольского научного центра РАН, 2002.-С 134-139.

4. Минин В.А., Дмитриев Г.С, Минин И.В. Перспективы освоения ресурсов ветровой энергии Кольского полуострова // Изв. РАН. Энергетика. 2001, №1. -С.45-53.

5. Минин В.А., Дмитриев Г.С, Иванова Е.А. и др. Энергия ветра -перспективный возобновляемый энергоресурс Мурманской области: Препринт. -Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 2006.-73с.

6. Минин В.А., Дмитриев Г.С, Иванова Е.А. и др. Первоочередные площадки для ветропарков на Кольском полуострове. - Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 2004.-24с.

Журнал "СЕВЕР промышленный" № 5 2006 г.

Еще статьи на тему "Энергия":

Альтернативные источники энергии для России

Мы - дети солнца, а значит - ядерной энергии?

Феномен ядерной энергии и пространство символических форм

Информационному центру по атомной энергии в Мурманске - 2 года

Возможности использования возобновляемой энергии в условиях Кольского севера

Экономия до 40% тепловой энергии