Солнечные панели для крайнего севера

Есть ли смысл ставить солнечное отопление в домах на севере? на сайте Недвио

Вопрос от читателя нашего портала: Есть ли смысл ставить солнечное отопление в домах на севере?

Ответ: Принято считать, что лучше всего возобновляемые источники энергии окупаются в отдаленных регионах или местах с большим количеством солнечных дней. Россия — страна огромная и везде разный климат и интенсивность солнца. Самыми солнечными считаются лишь дюжина регионов на юге страны.

А что с севером? Имеет ли смысл и рентабельно ли в домах, построенных в северных областях России, ставить солнечное отопление? На эту тему мы пообщались со специалистами АО «Прионежская-сетевая компания», которая ведет застройку коттеджей в Карелии, отопление которых будет производится за счет энергии солнца.

На территории Карелии для населенных пунктов производство энергии происходит преимущественно за счет дизельных генераторов. Поэтому установка солнечных панелей в частных домах здесь имеет смысл. Причин несколько:

• Быстрая окупаемость, в течение 3-4 лет;
• Экологический аспект, а именно снижение выбросов углеводородов;
• Уменьшение затрат на топливо;
• Развитие альтернативных источников питания.

Уже отапливаются солнечным отоплением пять поселков: Войницы, Вожмоозеро, Линдозеро, Юстозеро и Кимоваара. Их выбрали первыми, потому что именно в этих регионах наблюдаются наиболее частые поломки, связанные с некачественным энергоснабжением. Так что смысл ставить такие системы есть и они вполне рентабельны и в северных широтах.

Проект этот оказался настолько успешным, что в Карелии начали строить солнечные электростанции не только для коттеджных поселков, но и для организации отопления небольших городов и отдельных многоэтажных зданий.

Не забудьте добавить сайт Недвио в Закладки. Рассказываем о строительстве, ремонте, загородной недвижимости интересно, с пользой и понятным языком.

Источник

Зеркала для ловли солнца. Как в Архангельске создали мобильную электростанцию для Арктики

Аспирант Северного Арктического федерального университета (САФУ) Кирилл Романов разрабатывает мобильную солнечную электростанцию для работы в арктических условиях. Он говорит, что интерес к его проекту уже проявляют компании, которые занимаются прокладкой кабельных линий связи, ученые, которые отправляются в экспедиции на Крайний Север, и даже национальные парки.

Холод — это хорошо

Кирилл поступил в университет изучать электроснабжение промышленных предприятий. А в магистратуре уже плотнее занялся теплоэнергетикой. Незадолго до этого в САФУ установили гибридную ветро-солнечную электростанцию для исследования эффективности применения возобновляемых источников энергии на территории Архангельска.

«И нас с товарищем поставили разбираться в устройстве и принципах работы электростанции, чтобы впоследствии внедрить ее в общую систему энергоснабжения здания. Меня это очень увлекло», — вспоминает Кирилл.

До Романова в САФУ альтернативной энергетикой тоже занимались, только акцент делали на энергию ветра. Но после установки маленькой солнечной электростанции на здании Учебно-научного центра энергетических инноваций все убедились в эффективности ее работы: в солнечный день весной энергии всего шести панелей хватало, чтобы провести несколько занятий. Еще выяснилось, что панели работают даже лучше, чем ожидалось.

«Мы пришли к выводу, что в Архангельске солнечные панели работают эффективней, чем должны. У кремниевых фотоэлементов, которые встроены в панель, при работе повышается температура, а с повышением температуры падает КПД. А так как средняя температура в зимнее время была около минус 15 градусов, при этом происходило естественное охлаждение при помощи холодного воздуха окружающей среды, то фотоэлементы раскрывали весь свой потенциал даже в условиях низкой инсоляции (недостатка солнечного света — прим. ТАСС). Мы сделали вывод, что панели могут работать эффективно, есть потенциал для работы в Архангельской области солнечных панелей даже в зимнее время».

Получилось, что для солнечных панелей чем холоднее, тем лучше. Правда, при отрицательных температурах возникает проблема намерзания снега на их поверхности. Для предотвращения этого процесса нужны гидрофобные (водоотталкивающие) покрытия. Их сейчас тоже исследуют, они требуются и для работы ветряных станций.

Солнечная энергия обычно ассоциируется с южными территориями, но во время полярного лета ее вполне можно использовать даже на Крайнем Севере. Ведь солнце с мая по сентябрь не заходит здесь вообще, и даже на самом северном архипелаге России и Евразии — Земле Франца-Иосифа количество солнечной энергии за сутки практически такое же, как на широте Москвы в середине лета.

Например, в национальном парке «Русская Арктика», который расположен на севере Новой Земли и Земле Франца-Иосифа, солнечную энергетику начали внедрять еще в 2013 году. Первый опыт был скромным — на мысе Желания архипелага Новая Земля при помощи энергии солнечных панелей вскипятили чайник.

Но эксперимент признали удачным и экологически чистую энергию решили использовать. Сейчас в летнее время базы на мысе Желания, в бухте Тихой, на острове Гукера и на острове Земля Александры полностью обеспечиваются электроэнергией за счет солнца. Экономия для каждого опорного пункта — примерно тысяча литров дизельного топлива за сезон, ну и, конечно, очень важно, что не загрязняется окружающая среда.

«Более того, мы продолжим внедрение солнечной энергетики в национальном парке. У нас уже закуплены панели для базы на острове Хейса, их нужно только доставить и смонтировать. Солнце показало себя очень хорошо. А мыс Желания у нас по-прежнему остается, так сказать, испытательным полигоном для альтернативной энергетики. Смотрим, как ветряки там себя покажут», — говорит директор «Русской Арктики» Александр Кирилов.

Правда, он отметил, что мобильные солнечные станции, которые сейчас предлагают производители, сложны в управлении, а если вырабатывают много электричества, то еще и громоздки. Они требуют высокого уровня профессионализма в работе со всеми этими контроллерами и инверторами. Если станция небольшая, то от нее можно максимум зарядить мобильный телефон.

Ловить солнце

Именно над решением этой проблемы и работает Кирилл Романов. Свою мобильную электростанцию он разрабатывает в рамках грантовой программы «Умник» от Фонда содействия инновациям. Программа поддерживает коммерчески ориентированные научно-технические проекты молодых ученых от 18 до 30 лет. По завершении должен получиться продукт, который можно внедрить в производство. Победитель получает грант 500 тыс. рублей на доработку своей идеи или проекта. Так и Романов совершенствует свой прототип.

Чтобы сделать станцию максимально эффективной, Романов предлагает несколько решений. Первое — это зеркала, точнее, зеркальные концентраторы. Они будут направлены к панелям под углом, чтобы ловить как можно больше солнца. Причем выдвигаться они должны автоматически и только когда датчики зафиксируют, что освещения недостаточно.

«Если температура +20 градусов и они будут выдвинутые стоять целый день, то фотоэлементы выйдут из строя из-за перегрева. А если ближе к вечеру температура падает и датчик показывает, что температура фотоэлемента находится в пределе номинальных рабочих значений, то тогда начинают работать зеркальные концентраторы», — рассказывает Кирилл.

Зеркальные концентраторы должны убираться и при усилении ветра, чтобы конструкция не упала и ее хрупкие элементы не разбились. Есть проблема с поиском материала для зеркал. Концентраторы в первом прототипе оказались непрочными и тяжелыми. Сейчас молодой исследователь изучает возможность использования тонкопленочных рефлекторных гибких материалов, способных выдерживать силу воздействия порывов ветра.

«Нужна очень тонкая пленка, у которой коэффициент отражения будет идеальный, без искажений», — подчеркивает Кирилл.

Движение за светом

Самое сложное — сделать так, чтобы солнечная станция не была статичной, а следила за солнцем, причем как по вертикали, так и по горизонтали наподобие арктических цветов, например полярных маков. Их желтые бутоны похожи на маленькие солнечные батарейки: поверхность, обращенная к пестикам и тычинкам, — глянцевая, как зеркальная чаша. На тонком стебельке цветок в течение всего полярного дня поворачивается за солнцем.

Но перенести это на механическую конструкцию не так просто. Нужен двухосевой трекер, который позволит установке следовать за солнцем как вправо-влево, так и вверх-вниз. Здесь много нюансов, например, чтобы вся эта система не замерзла в мороз. Также надо предусмотреть, как будут работать механические детали и какие противообледенительные жидкости можно применить. Все эти вопросы — самое сложное в проекте, признается Кирилл.

Он свою мобильную солнечную электростанцию хочет сделать максимально удобной. Важный момент — транспортировка и удобство для пользователя, тот самый принцип «для чайников», которого, как говорит директор «Русской Арктики» Александр Кирилов, нет в существующих предложениях.

Романов планирует, что его станцию можно будет разместить в автомобильном прицепе или коробе, который можно перевезти на место вертолетом, самолетом или судном. На месте ее достаточно будет просто развернуть и включить.

«И чтобы это работало по принципу Plug and Play. Просто нажал на кнопку, и за тебя микрокомпьютер все решает, определяет геоданные, смотрит, где солнце в этом регионе, и подстраивает движения солнечного трекера под движение солнца, чтобы были самые благоприятные условия для работы солнечных батарей», — объясняет Кирилл.

Искусственное солнце

Весна в этом году в Архангельске не слишком солнечная, поэтому Кирилл сделал искусственное солнце прямо в лаборатории. Это система из инфракрасных ламп и прожекторов. Так он проверяет эффективность зеркал и разных типов панелей.

«Основной спектр поглощения солнечных батарей — это спектр видимого излучения, ближе к инфракрасному, — рассказывает ученый. — На лампы дневного света солнечная панель практически не реагирует, она больше даже на спичку реагирует, чем на светодиодную лампу. В данный момент я занимаюсь исследованием эффективности работы монокристаллических и поликристаллических солнечных панелей. Существует определенный миф, что поликристаллические панели в облачную погоду работают лучше, чем монокристаллические. Интересно посмотреть на разницу в условиях отрицательных температур».

Есть у Кирилла и одна интересная находка. Это панели, между фотоэлементами которых находится прозрачный материал. Сквозь него проходят лучи и, отражаясь от снега, падают на заднюю поверхность панели, где тоже находятся солнечные элементы. Для Арктики, где много снега, такой вариант двусторонних панелей тоже может оказаться эффективным. Вместо снега, кстати, тоже можно использовать зеркало.

Кирилл Романов определил свою целевую аудиторию. Это научно-исследовательские экспедиции в удаленные точки, например за полярный круг или в горы; вахтовики, которые ремонтируют или строят что-то в Арктике, например прокладывают трубопроводы или линии электропередачи. Для них может быть изготовлен комбинированный вариант: к солнечной батарее запасным будет дизель-генератор. Еще солнечные станции могут использовать путешественники и рыбаки.

«И также я рассматривал объекты культурного наследия, — говорит Кирилл. — В национальных парках или музеях, где старинные сооружения, нужно сохранить экологически благоприятную среду. Там зачастую нельзя использовать дизель-генератор, а должно быть освещение там, где могут быть установлены маленькие магазинчики или старые домики, где проводятся экскурсии».

Работу над зеркальными концентраторами Кирилл Романов планирует завершить к концу мая, а прототип мобильной солнечной станции будет готов показать уже к новому году. ​

Источник

Эксперты: в Арктике возможно широкое применение альтернативной энергетики

МОСКВА, 3 июля. /ТАСС/. Арктические территории России обладают большим потенциалом для создания альтернативных источников энергии. Об этом сообщили опрошенные ТАСС эксперты, депутаты, ученые и представители региональной власти.

В части районов прибрежных арктических зон скорость ветра превышает 5-7 м/с, что считается крайне благоприятным условием для экономически эффективного использования энергии ветра, перспективным видится и установка солнечных батарей. Сегодня энергообеспечение районов Арктики преимущественно изолированное, осуществляется отдельно в каждом районе за счет дизельных электростанций, топливо для которых поступает раз в год по северному завозу.

Как уменьшить стоимость электроэнергии, доходящую до 120 рублей за КВт/час, для потребителей, какие альтернативные источники энергии возможно создать в Арктике и какие зеленые проекты в сфере энергетики реализуются на Севере страны сегодня — в материале ТАСС.

Дизель высокой стоимости

В большинстве населенных пунктов российской Арктики энергообеспечение ведется за счет изолированных систем — собственный энергоисточник имеет почти каждый район. «Как правило это дизельные электростанции, которые имеют низкий КПД и высокую себестоимость производства электроэнергии, которая доходит до 80-120 рублей за КВт/час с учетом того, что солярку для них приходится доставлять один раз в год во время зимнего завоза. При этом, если взять среднюю цену электроэнергии в зоне централизованного энергоснабжения по стране — это 3-4 рубля за КВт/ час для конечного потребителя», — рассказал ТАСС председатель комитета Госдумы по энергетике Павел Завальный.

По его словам, перспективы создания альтернативных источников энергии в Арктике, безусловно, есть. Более того, правительством РФ планируется увеличить долю зеленой энергетики с 1% до 2,5% — до 6 ГВт, а, следовательно, приняты все меры поддержки инвесторов и проектов по созданию возобновляемых источников энергии. «Сегодня в России сформирована нормативная база по поддержке ВИЭ, включая законы и нормативно-правовые акты правительства, направленные на привлечение инвестиций и выделение средств субсидирования производства энергии на возобновляемых источниках энергии. Уже есть конкретные проекты, которые находятся в разных стадиях реализации, по развитию ветровой, солнечной энергетики, причем с локализацией производства оборудования на территории России не менее 50%», — пояснил ТАСС Завальный.

При этом сегодня наиболее перспективным альтернативным источником энергии в Арктике эксперты считают ветер, хотя в условиях низких температур обслуживание ветроустановок обходится довольно дорого. «Пожалуй, единственным крупным источником электрической и, возможно, тепловой энергии в Арктической зоне могут быть ветроустановки. Однако ветроустановки в Арктике так же, как и все остальное оборудование, требуют специального арктического низкотемпературного изготовления — все смазки, масла, металлы и другие материалы должны быть предназначены для использования при экстремально низких температурах. Это требование к материалам делает арктические ветроагрегаты существенно дороже обычных», — сказал вице-президент Российской Ассоциации Ветроиндустрии (РАВИ), ведущий эксперт в области возобновляемой энергетики Анатолий Копылов.

Но наиболее простыми и дешевыми в эксплуатации возобновляемым источником энергии, по мнению эксперта, являются солнечные установки: они практически не требуют специального обслуживания. Однако из-за особенностей климата солнечной энергии не хватает для полноценной работы таких станций. Поэтому, по мнению Копылова, наиболее перспективными возобновляемыми источниками энергии Арктике являются энергетические комплексы с разным набором технологий: ветер, солнце и дизель-генерация.

«Суть комбинированных установок состоит в следующем: это единый энергетический комплекс, в котором, когда светит солнце — работают солнечные панели, когда дует ветер — работают ветрогенераторы, когда не работает ни то, ни другое, включается дизель-генератор. Но он включается, только если в прилагающейся батарее совсем не осталось энергии, а если там есть необходимый ток и напряжение, тогда включается батарея. Комплекс включает в себя систему управления, которая позволяет оптимально распределять нагрузку. Я считаю, будущее в этой природной зоне — за такими комбинированными небольшими энергоустановками», — считает эксперт.

Согласен с тем, что объединение традиционного и альтернативного подходов наиболее эффективно и Завальный. По его словам, такое объединение позволяет не только бесперебойно обеспечивать потребителей электричеством, но и существенно снизить стоимость за КВт/час — до 15-25 рублей. «В Арктике нет пока федеральных проектов, но есть региональные проекты поддержки возобновляемых источников энергии. Допустим, в Якутии создаются станции на солнечных батареях, в Ненецком округе используются ветро-дизельные генераторы, такие проекты существуют, но носят пока локальный характер», — пояснил депутат Госдумы.

Энергообеспечение поморских деревень

Проекты небольших энергостанций, объединяющих в себе дизельные генераторы и альтернативные источники энергии, уже созданы и круглосуточно обеспечивают электричеством жителей небольших поморских сел Мурманской области. Например, четыре села на Терском берегу — Чаванга, Чапома, Тетрино и Пялица — находящиеся более чем в 60 км от основных электромагистралей. Первая комбинированная энергоустановка появилась в селе Пялица в конце 2014 года. Она включает в себя четыре ветроэнергетических установки по 5 кВт, два дизельных генератора по 30 кВт и 60 солнечных панелей общей мощностью 15 кВт.

Следующим этапом электрификации Терского берега стала установка ветро-солнечно-дизельных станций в селах Чаваньга и Тетрино, а весной 2016 года аналогичная станция запущена в селе Чапома.

По оценкам специалистов, одна такая станция позволяет сократить издержки на закупку дизельного топлива на сумму более 3 млн рублей в год. Немаловажен и тот факт, что жители поморских сел, которые в последнее время пользуются популярностью среди туристов, постоянно обеспечены электроэнергией, а не несколько часов в сутки.

Не остался без внимания и ветропотенциал прибрежных территорий Белого и Баренцева морей, в окрестностях Териберки и Туманного к концу 2019 года планируется реализовать проект по строительству и вводу в эксплуатацию целого ветропарка, установленная мощность которого составит 200 МВт.

Самая северная альтернативная станция

Солнечно-ветровая электростанция решила проблемы с энергообеспечением местного населения и в опорном пункте страны — мысе Желания национального парка «Русская Арктика» — северной оконечности острова Северного архипелага Новая Земля, по которому принято проводить границу между Баренцевым и Карским морями. В 2015 году на этом мысе был создан самый северный в стране объект, использующий возобновляемую энергию.

«Идея использовать альтернативную энергию была с самого начала, с момента создания парка, но были сомнения, будет ли она работать. Условия необычные, не те, под которые обычно создается альтернативная энергетика — средняя полоса и юг, там она уверенно работает. В 2013 году провели эксперимент: завезли на мыс оборудование для испытаний. Результаты получили хорошие, особенно по солнечной энергии», — рассказал ТАСС заместитель директора по общим вопросам национального парка «Русская Арктика» Алексей Бараков.

Монтаж 24 солнечных панелей и двух ветрогенераторов с учетом настройки оборудования и пусконаладочных работ занял около месяца. Установленные батареи сегодня позволяют получать до 8 кВт электроэнергии и каждый полевой сезон, который длится в среднем с начала июля до конца сентября, экономится около 1 тыс. литров топлива и снижается объем выбросов в атмосферу. В этом году количество солнечных батарей на мысе Желания предполагается увеличить до 36.

Аналогичная система, только без ветрогенераторов, этим летом будет установлена на опорном пункте «Бухта Тихая», который расположен еще севернее — на острове Гукера Земли Франца-Иосифа. Еще более масштабный проект по использованию возобновляемых источников энергии предполагается в этом году начать на круглогодичной базе парка «Омега» на острове Земля Александры (архипелаг Земля Франца-Иосифа). Здесь планируется установить 240 солнечных панелей, которые будут вырабатывать до 15 кВт. На «Омеге» за счет этой системы предполагается не только получать электроэнергию, но и обогревать базу, за счет солнца опорный пункт может быть обеспечен энергией весной, летом и осенью.

Ветроэлектростанция на Ямале

В 2013 году было начато строительство экспериментальной ветроэлектростанции около города Лабытнанги Ямало-Ненецкого автономного округа (ЯНАО), которая должна была стать первым подобным объектом за Полярным кругом. Мощность «ветряка» — 250 киловатт в час, высота — 50 метров, а длина каждой лопасти 10 метров. «Место под монтаж установки выбирали специально, где благоприятная роза ветров, которая позволяет обеспечивать устойчивую работу энергии ветра в течение всего года», — сообщили в компании «Передвижная энергетика».

Планировалось, что если эксперимент на Крайнем Севере пройдет успешно, то подобные гигантские «ветряки» появятся в труднодоступных арктических поселках, чтобы уменьшить объемы завоза дизельного топлива. «Энергия ветра позволит сократить расхода примерно на 30%. Но это не полное замещение обычной генерации, так как может быть полный штиль, а энергия необходима круглосуточно», — уточнили там.

Первый запуск состоялся в июле 2014 года. Конструкцию установки специально адаптировали под суровые условия — утепляли, проводили эксперименты, чтобы лопасти не обледенели при температура до минус 50 градусов. Стоимость «ветряка» — 20 млн рублей, минимальная скорость ветра, при которой возможна работа и выработка энергии — 3 метра в секунду.

Однако работу ветрогенератора пришлось остановить из-за регулярных поломок из-за перепадов температур. Повторный запуск состоялся в 2016 году. «На данный момент «ветряк» в рабочем состоянии, энергия вырабатывается в общую сеть», — добавили в компании.

В марте 2017 года альтернативная энергетика появилась и на крайней точки Ямала — острове Белый в Карском море. Ученые установили там небольшой ветрогенератор в качестве эксперимента, наблюдать за его работой будут участники научных экспедиций.

Биотопливо для арктических территорий

Альтернативным решением проблемы энергообеспечения в ряде арктических районов служит биотопливо. Например, в республике Коми осуществляется планомерный перевод котельных, в первую очередь на лесозаготовительном юге республики, с дорогостоящего топочного мазута и угля на биотопливо, сырьем для которого служат отходы деревообработки — брикеты, пеллеты, щепа, а также дрова. В настоящее время, как сообщили ТАСС в минпроме региона, в Коми работают 10 производителей биотоплива, и до конца года ожидается ввод еще двух заводов по выпуску топливных гранул и брикетов мощностью 40 тыс. тонн и 20 тыс. тонн соответственно.

Если 1 января 2016 года в Коми работало 37 котельных на биотопливе, то 1 января 2017 года — 58, в течение этого года планируется перевести на биотопливо еще 18 котельных. Эти цифры подтвердил ТАСС Игорь Глухов, генеральный директор АО «Коми тепловая компания», крупнейшего многопрофильного коммунального предприятия, которое обеспечивает теплом жилищные, социальные и другие объекты всего региона.

«У нас чисто экономический расчет: зачем мне везти уголь в лесозаготовительные районы на юге республики, где дрова стоят недорого? В результате доставки за сотни, тысячу километров уголь становится «бриллиантовый», а переход на дрова, брикеты дает работу мелким лесозаготовителям и возможность сбыта неделовой низкосортной древесины и отходов», — рассказал руководитель компании.

По его словам, для маленьких котельных приемлемы дрова, для больших котельных на 2-3 МВт они становятся обременительны — закидать в топку по 30-50 кубов дров в смену физически невозможно для кочегара, поэтому там переходят на топливые брикеты или же на пеллетные котельные, которые позволяют и вовсе автоматизировать процесс.

Отдельного внимания заслуживает проект одного из крупнейших производителей целлюлозно-бумажной продукции в России, АО «Монди Сыктывкарский ЛПК», по модернизации ТЭЦ, которая обеспечивает теплом и горячей водой производство, а также весь Эжвинский район Сыктывкара с населением более 60 тыс. человек. Компания намерена установить самый крупный в России паровой котел, работающий на отходах деревообработки, что, как заявили инициаторы проекта, выведет Республику Коми в лидеры по использованию биотоплива.

Планируется, что помимо древесных отходов котел будет ежегодно сжигать до 150 тыс. тонн иловых отходов, а система фильтрации дымовых газов позволит свести выбросы в атмосферу до минимума. Проект оценивается в 8 млрд рублей и рассчитан до 2019 года. С запуском котла «Монди СЛПК» рассчитывает экономить до 127 млн кубометров природного газа в год и на 20% увеличить потребление древесных отходов.

Генерация нового поколения

Поиск новых источников энергии продолжается, ученые ищут и находят новые пути решения проблемы энергообеспечения арктических территорий. Так, в Институте теплофизики (ИТ) Сибирского отделения РАН разработали и запатентовали оппозитный ветрогенератор для получения тепла. Принцип работы устройства, в котором соединен ветродвигатель и теплогенератор, основан на трении воды — жидкость разгоняется, тормозит и происходит выделение тепла. По словам главного научного сотрудника лаборатории проблем энергосбережения ИТ СО РАН Анатолия Серова, ветрогенератор отличается небольшой высотой установки и легкостью в обслуживании.

Источник