УДК 911.9:620.92(477.75)

ПОТЕНЦИАЛ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ НА ТЕРРИТОРИИ БОЛЬШОЙ ФЕОДОСИИ

Горбунов Роман Вячеславович1, Горбунова Татьяна Юрьевна2, Ильина Ольга Игоревна3, Рафикова Юлия Юрьевна4, Панченко Владимир Анатольевич5
1Таврический национальный университет имени В.И. Вернадского, кандидат географических наук, старший преподаватель кафедры геоэкологии
2Таврический национальный университет имени В.И. Вернадского, аспирант кафедры конструктивной географии и ландшафтоведения, Институт сельского хозяйства Крыма, младший научный сотрудник лаборатории охраны и управления водными ресурсами
3В/ч 09703-Л, техник РХБЗ
4Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, Географический факультет, научный сотрудник НИЛ возобновляемых источников энергии
5Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства, кандидат технических наук, заведующий лабораторией солнечных фотоэлектрических модулей

Аннотация
В работе проведен анализ валового и технического потенциала солнечной энергетики на территории Большой Феодосии. Показано, что при использовании систем солнечной энергетики можно полностью обеспечить потребности населения Большой Феодосии в электроэнергии.

Ключевые слова: Большая Феодосия, валовой потенциал, поступление солнечной радиации, солнечная энергетика, технический потенциал, фотоэлектрические системы


POTENTIAL OF USING SOLAR ENERGY ON THE TERRITORY BIG FEODOSIA

Gorbunov Roman Vyacheslavovich1, Gorbunova Tatiana Yurievna2, Ilyina Olga Igorevna3, Rafikova Julia Yurievna4, Panchenko Vladimir Anatolevich5
1Taurida National V. I. Vernadsky University, candidate of geographical science, senior lecturer of geoecology department
2Taurida National V. I. Vernadsky University, postgraduate student of constructive geography and landscape department,Institute of Agriculture of the Crimea, Junior Researcher of laboratory of protection and water management
3M/u 09703-L, technicist
4Lomonosov Moscow State University, geography faculty, researcher of SRL of renewable energy sources
5All-Russian Scientific-Research Institute for Electrification of Agriculture, candidate of technical science, head of the laboratory of solar photovoltaic modules

Abstract
The paper analyzes gross and technical potential of solar power on the territory of Big Feodosia. It is shown that the needs of the population of Big Feodosia in electricity can be fully meet by using solar power systems.

Keywords: Big Feodosia, gross potential, incoming solar radiation, photovoltaic systems, solar energy, technical potential


Рубрика: 11.00.00 ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Горбунов Р.В., Горбунова Т.Ю., Ильина О.И., Рафикова Ю.Ю., Панченко В.А. Потенциал использования солнечной энергетики на территории Большой Феодосии // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 11. Ч. 3 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/11/41375 (дата обращения: 01.10.2017).

Введение

Энергетические проблемы Крыма во многом определяются тем, что Крым плохо обеспечен собственными традиционными источниками энергии: извне поступает 93% электроэнергии, 52-55% природного газа, 96% жидкого топлива [1]. В Крыму почти вся электроэнергия вырабатывается тепловыми станциями. В 1986 году была построена Щелкинская атомная станция, но не была введена в строй из-за протестов общественности и серьезных доводов геологов, показавших, что в этом районе возможны сильные землетрясения. В регионе разведаны большие запасы газа на шельфе Черного и Азовского морей. Как отмечают специалисты [1], технические и экономические возможности позволяют увеличить его добычу в три раза по сравнению с современной, то есть на полуострове есть энергетические ресурсы, значительно превышающие его потребности. Вместе с тем, разведанные запасы углеводородов при сохранении существующих способов добычи и потребления могут быть исчерпаны через 40-50 лет, на длительную перспективу рассчитывать на собственный газ не следует.

Крымский регион обладает достаточно большими величинами возобновимых источников энергии: солнечной, ветровой, геотермальной, энергии биомассы (табл. 1). [2].

Таблица 1 – Потенциал возобновимых источников энергии в Крыму, МВт·ч в год [2]

Источники энергии Расчетный потенциал Технический потенциал Рекомендуемое использование
Геотермальная энергия

710·109

2156·106

423·106

Ветровая энергия

96·109

35,8·106

0,5 – 0,8·106

Солнечная энергия

32,2·109

5,8·106

1,3 – 1,8·106

Биомасса и сел/хоз. отходы

0,56·106

0,27·106

0,2·106

Гидроэнергия

0,2·106

0,08·106

0,08·106

Всего

838·109

2198·106

428·106

Разрабатываемые и принимаемые в последние годы программы и проекты развития Крымского региона нацелены на обеспечение его устойчивого развития в будущем. [3]. Эта новая стратегия Крыма не может игнорировать и не учитывать мировые тенденции. Его топливно-энергетический комплекс должен трансформироваться в сторону уменьшения зависимости от поставок энергии извне, поэтапного, постепенного, и неукоснительного увеличения доли возобновляемой энергетики.

В настоящее время развитие возобновляемой энергетики ставит новые задачи, которые могут быть решены при помощи ГИС: выбор оптимальных территорий для размещения объектов на ВИЭ с учетом широкого спектра действующих факторов и возможных последствий (экологических, экономических, технических и социальных). При этом в качестве определяющего фактора размещения объектов необходимо считать наличие ресурсного потенциала, и только на перспективных территориях в дальнейшем целесообразно учитывать факторы (и их сочетание), препятствующие или ограничивающие строительство. Представляется, что такой анализ ограничений лучше всего проводить на региональном уровне, когда ставятся стратегические задачи регионального развития, обоснования инвестиций, поиска районов для ведения предпроектных работ, но не осуществления конкретных проектов. На стадии осуществления проектов проводятся и финансируются исследования более крупного масштаба и более дорогостоящие. Точность и применимость в дальнейшем таких оценок обусловлена правильностью выбора спектра природных, экологических и социально-экономических факторов, определяющих сооружение и работу объектов на ВИЭ. [4]

Целью данной работы является изучение потенциала территории Большой Феодосии для использования систем солнечной энергетики.

Изложение основного материала

Общая схема анализа солнечного энергетического потенциала территории представлена на рис. 1.

Рисунок 1 – Блок-схема оценки теоретического и технического потенциала территории для использования солнечных энергостанций [5]

В качестве модельной территории была выбрана территория Большой Феодосии –активно осваиваемая рекреационная зона Юго-Восточного Крыма с развивающимся виноградарством, пищевой и легкой промышленностью, табаководством, историко-культурными объектами и заповедными территориями, сохранившими первозданный ландшафт. В связи с тем, что на территории Феодосийского горсовета развиваются различные отрасли хозяйства, перед муниципалитетами и поселковыми советами ставятся задачи минимизировать отрицательное воздействие на окружающую среду, поэтому является актуальным исследование перспектив развития экологически безопасных источников энергии на данной территории. В первую очередь речь идет об обеспечении местного населения электроэнергией с использованием систем возобновляемой энергетики.

Одним из перспективнейших направлений использования солнечной энергетики является применение фотоэлектрических систем (ФЭС) – систем прямого преобразования световой энергии солнечного излучения в электричество[6]. Преимущество ФЭС прямого преобразования состоят в том, что они не имеют движущихся механических частей, не нуждаются в воде или другом теплоносителе [7]. В зависимости от конструктивного исполнения ФЭС практически не нуждаются в обслуживании [8, 9].

Для таких фотоэлектрических систем прямого преобразования проводился расчет валового и технического потенциалов использования солнечных электростанций на территории Большой Феодосии.

Первым этапом оценки солнечного энергетического потенциала территории является оценка теоретического потенциала территории – общее количество энергии, которым характеризуется каждый из источников возобновляемой энергии [10].

На основе космического снимка SRTM в программе ArcGIS при помощи функции Area Solar Radiation в инструментах Spatial Analyst были построены карты поступления солнечной радиации (рис. 2, 3) за каждый месяц с учетом среднемесячных значений общей облачности за период с 2004 г. по 2013 г. Функция Area Solar Radiation выводит поступающее солнечное излучение из поверхности растра. Выходные растры радиации всегда представлены числами с плавающей точкой и выражены в ваттах на квадратный метр (Вт/м2).

Участки, перспективные для строительства солнечных электростанций, были выбраны с учетом данных земельного кадастра территории [11].

Рисунок 2 – Поступление суммарной солнечной радиации на территорию Большой Феодосии в январе

Рисунок 3 – Поступление суммарной солнечной радиации на территорию Большой Феодосии в июле

Второй этап оценки солнечного энергетического потенциала территории заключается в оценке технического потенциала территории – часть энергии теоретического потенциала, которую можно реализовать с помощью современных технических устройств [10], установка которых лимитирована ландшафтными условиями. К таким условиям можно отнести закрытость склонов, современную систему землепользования, природоохранную, историческую, эстетическую, туристическую и рекреационную ценности территории и др. Важен учет инженерно-геологических и инженерно-геоморфологических условий строительства, а именно – инженерно-геологические свойства пород, развитие и распространение карста, наличие оползневых и селевых процессов, абразии, анализ микросейсмологических условий.

На территории Большой Феодосии сохранилось достаточно большое количество археологических памятников разных эпох. Одним из критериев выбора территории для строительства каких-либо объектов в целом является наличие и отдаленность от памятников местного и национального значения, особенно, археологических памятников. Для оценки историко-археологической ценности территории необходимо провести анализ и учет археологических памятников Юго-Восточного Крыма, их границ и охранных зон [12] (рис. 4).

Рисунок 4 – Фрагмент археологической карты Большой Феодосии

Расчет технического потенциала солнечной энергетики на выделенных участках производился в программе ArcGis 10, при помощи инструмента зональная статистика. Далее полученные данные были умножены площадь каждого участка. Площадь участков была посчитана в таблице атрибутов каждой территории.

В ходе анализа территории были выделены 5 перспективных участков для строительства солнечных электростанций, которые соответственно располагаются на территории Приморского поссовета, Береговского сельсовета г.Феодосия, Насыпновского сельсовета, Коктебельского поссовета (рис. 5).


Рисунок 5 – Территории, перспективные для строительства солнечных электростанций [13]

Полученные карты поступления солнечной радиации позволили количественно оценить максимальную мощность энергии, которую можно получить с каждой выделенной территории. Для того чтобы узнать сколько возможно получить электроэнергии с каждого участка, полученные данные были умножены на 17% – коэффициент эффективности преобразовании энергии. Взят именно такой коэффициент, так как большинство фирм крымского солнечного рынка предлагает фотоэлектрические элементы на пластинах, полученных на сравнительно дешевом «солнечном» кристаллическом кремнии, который позволяет достичь рекордного отношения коэффициент эффективности преобразовании энергии к цене [9]. Однако при использовании солнечных концентраторов и кремниевых матричных высоковольтных солнечных модулей изготавливаемых в ВИЭСХ, возможно увеличение коэффициента электрического преобразования до 25 % и более, а наряду с электроэнергией получать ещё и тёплый теплоноситель [14]. Срок номинальной мощности таких модулей увеличивается с 20-25 до 40-50 лет, потому что в качестве заполнителя используется не этиленвинилацетатная плёнка (при ламинировании модулей), а двухкомпонентный полисилоскановый компаунд (процесс герметизации) [7]. Таким образом, возможно увеличение выработки электроэнергии на единицу площади, увеличение срока службы самих модулей и получение тёплой воды для технических нужд на выходе модулей [15].

Были посчитаны площади внутри каждого населенного пункта, с целью определения самостоятельного обеспечения электроэнергией. При помощи карт поступления суммарной солнечной радиации был посчитан валовой и технический потенциал поступления электроэнергии на перспективные участки территории для строительства солнечных электростанций за каждый месяц и за год в целом.

В итоге, пересчитав полученные значения на общую площадь потенциально пригодных участков, получены значения технического потенциала мощности, которую можно достичь на территории Феодосийского горсовета, используя фотоэлектрические системы прямого преобразования.

Значения валового потенциала представлены на рис. 6. Расчет получаемой энергии на территории населенных пунктов представлен на рис. 7.

На рис. 8 приведено соотношение потребности населения Феодосийского горсовета в электроэнергии и рассчитанные данные возможной выработки электроэнергии с солнечных электростанций.

Рисунок 6 – Валовой потенциал солнечной энергетики на выделенных участках

Рисунок 7 – Технический потенциал солнечной энергетики на выделенных участках

Рисунок 8 – Соотношение потребностей в электроэнергии и потенциала территории выделенных участков в населенных пунктах Большой Феодосии по выработке электроэнергии солнечными электростанциями.

Из рис. 8 видно, что Большая Феодосия потребляет 56830.2 МВт∙ч в год, а возможная выработка электроэнергии за год солнечными электростанциями составит 8644658,8 МВт∙ч. Полученные данные дают нам основания утверждать, что при застройке выделенных территорий солнечными электростанциями территория Большой Феодосии сможет обеспечить местное население электроэнергией, так как выработка электроэнергии от солнечных электростанций намного превышает потребляемое количество электроэнергии местным населением.

Заключение

В результате проведенных исследований была проведена оценка возможности использования энергии солнца. Были выделены пять территории для постройки солнечных электростанций, которые расположены в Коктебельском, Приморском поссоветах, Насыпновском, Береговском сельсоветах и г.Феодосия, для которых был посчитан теоретический и технический потенциал поступления электроэнергии. Получаемая энергия за год на территории Коктебельского поссовета – 875069,2 МВт∙ч, Насыпновского сельсовет – 4252698,2 МВт∙ч, Береговского сельсовета – 1623404,5 МВт∙ч, Приморского поссовета – 1261466,3 МВт∙ч, г.Феодосия – 632020,6 МВт∙ч. Таким образом, при использовании систем солнечной энергетики можно полностью обеспечить потребности населения Большой Феодосии в электроэнергии.


Библиографический список
  1. Багрова Л. А., Боков В. А., Черванев И. Г. Энергетика мира // Солнечная энергетика для устойчивого развития Крыма. – Симферополь : Изд-во «ДОЛЯ», 2009.
  2. Устойчивый Крым. Энергетическая стратегия XXI века. – Симферополь : «Экология и мир», 2001.
  3. Паспорт федеральной целевой программы «Социально-экономическое развитие Республики Крым и г. Севастополя до 2020 г.» (утвержден постановлением Правительства Российской Федерации от 11 августа 2014 г. №790)
  4. Рафикова Ю. Ю., Киселева С. В., Нефедова Л. В. Использование ГИС-технологий в области возобновляемой энергетики: зарубежный и отечественный опыт // Альтернативная энергетика и экология. 2014. № 12.
  5. Горбунова Т. Ю., Горбунов Р. В. Подходы к оценке теоретического и технического потенциалов территории для возможности внедрения систем солнечной энергетики (на примере территории Юго-Восточного Крыма) // Возобновляемые источники энергии: Материалы Всероссийской научной конференции с международным участием и IX научной молодёжной школы. – М.: Университетская книга, 2014.
  6. Гусаров В. А., Харченко В. В., Майоров В. А., Панченко В. А. Солнечная электростанция для параллельной работы // Альтернативная энергетика и экология. 2013. № 2/1.
  7. Стребков Д. С., Поляков В. И., Панченко В. А. Исследование высоковольтных солнечных кремниевых модулей // Альтернативная энергетика и экология. 2013. № 6/2.
  8. Panchenko V. A. Review and applications of solar modules developed and produced by GNU VIESH. Research in Agricultural Electric Engineering. Volume 2. 2014. № 3.
  9. Мазинов А. С., Бекиров Э. А. Фотоэлектрические преобразователи и системы // Солнечная энергетика для устойчивого развития Крыма. – Симферополь : ДОЛЯ, 2009.
  10. Кудря С. О. Нетрадиційні та відновлювальні джерела енергії. Київ: Вид-во НТУУ «КПІ», 2012.
  11. Публичная кадастровая карта Украины. Масштаб 1:100000. С изменениями от 27 мая2014 г.
  12. Археологическая карта Крыма [Online]. Доступно на: http://www.archmap.ru/
  13. Ильина О. И., Горбунова Т. Ю., Горбунова Р. В. Перспективы использования систем возобновляемой энергетики на территории Большой Феодосии // Бранта: Сборник научных трудов Азово-Черноморской орнитологической станции. 2014. Вып. 17. Специальный выпуск.
  14. Стребков Д. С., Майоров В. А., Панченко В. А. Солнечный тепло-фотоэлектрический модуль с параболоторическим концентратором // Альтернативная энергетика и экология. 2013. № ½.
  15. Стребков Д. С., Майоров В. А., Панченко В. А, Осьмаков М. И., Плохих С. А. Солнечная установка с матричными фотоэлементами и концентратором // Электро. 2013. № 2.


Все статьи автора «Горбунов Роман»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

3 комментариев к “Потенциал использования солнечной энергетики на территории Большой Феодосии”

  1. 28.06.2015 в 23:23

    В чем же научная новизна этой работы? Не видно. Возможно, есть практическая?.. Но тогда авторам хорошо бы было соотнести выводы и предложения с генпланами развития данной территории. Строительство СЭС сопряжено с использованием довольно больших площадей, т.е., по сути, с экстенсивным подходом хозяйствования. Для почти островного Крыма (что еще усугубляется новыми сложившимися условиями) при естественном дефиците полезных площадей этот подход не приемлем.

    • 13.07.2015 в 22:19

      Здравствуйте, Татьяна Валентиновна.
      По мнению авторов научная новизна работы состоит в том, что рассчитан потенциал использования солнечной энергетики на территории Большой Феодосии. Таких работ в подобном масштабе для данной территории не проводилось (за исключением мелкомасштабного формата, который не позволяет реально оценить природный и технический потенциалы). Также, согласно нашим обзорам (ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ В ОБЛАСТИ ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГЕТИКИ: ЗАРУБЕЖНЫЙ И ОТЕЧЕСТВЕННЫЙ ОПЫТ Рафикова Ю.Ю., Киселева С.В., Нефедова Л.В. // Международный научный журнал “Альтернативная энергетика и экология”. 2014. № 12 (152). С. 96-106. http://elibrary.ru/item.asp?id=21689459) проблематика именно регионального масштаба оценок ресурсного потенциала солнечной энергии до сих пор крайне актуальна в мировом научном сообществе по ряду причин, описанных нами в других работах.
      Территория Большой Феодосии была выбрана для отработки метода оценки потенциала, который может быть применен и на других территориях.
      Практическая ценность работы состоит не только в полученных значениях потенциалов, но и в том, что авторами выявлены наиболее перспективные участки для строительства солнечных электростанций. Авторы не считают, что подобный подход не допустим, т.к., во-первых, Крым – это полуостров, у которого есть сообщение с материком, следовательно, он не изолирован от других территорий. Современная ситуация будет решена за счёт строительства Керченского моста. В то же время изолированность от единой энергетической системы России, позволяет авторам считать целесообразным создание локальной энергетической системы, о положительных сторонах которой написано большое количество научных работ российских учёных.
      Поскольку приоритетами в развитии Феодосии и других городов Крыма является сохранение рекреационных и туристических зон, мы считаем солнечную энергию более экологически безопасным ресурсом и ее использование в Крыму – обоснованным.
      Замечание о больших площадях, необходимых для изъятия, вероятно, не является обоснованным, т.к. в статье не были указаны масштабы солнечных электростанций и этот фактор не учитывался в методике. Однако, мы считаем, что таким способом можно определять оптимальные, экологически приемлемые места для размещения объектов как наземных, так и на крышах домов для частного энергоснабжения, что зачастую более востребовано и имеет более стихийное развитие.
      С уважением, Горбунов Р.В., Горбунова Т.Ю., Ильина О.И., Рафикова Ю.Ю., Панченко В.А.

  2. 14.07.2015 в 11:43

    Если вы научной новизной считаете апробацию метода на территории Б.Феодосии, то тогда, наверное, она есть… Хотя и в этом случае, не раскрываются все составляющие данного метода (оценка факторов).
    Расчеты с применением матрицы SRTM в вашей работе также вызывают вопросы.
    Например, специалисты утверждают, что возможность использования общедоступной модели рельефа Земли SRTM для целей ортотрансформирования одиночных космических снимков высокого разрешения (кстати, какие использованы в вашей работе?) с небольшими углами надирного отклонения является весьма привлекательной по причине того, что возможно создавать ЦМР без больших трудозатрат, которые имеют место при подобной процедуре по картографическим источникам. В то же время достижение допустимого уровня точности часто весьма проблематично. Например, завышение высот для местностей с не равнинным рельефом может достигать 7 и более метров.

    Какую ЦМР использовали вы при расчете поступления солнечной радиации?
    В ответ на замечание о площадях для СЭС пишите, что”в статье не были указаны масштабы солнечных электростанций и этот фактор не учитывался в методике”. А сами рисуете на масштабных картосхемах конкретные участки с границами и площадями?..

    Дерзайте.

    А сама идея локального применения альтернативных источников энергии и создания локалдьных сетей и особенно в Крыму (в силу особенностей пространственной организации хозяйствования и землепользования, особенностей расселения и пр.) не нова (доклад и материалы. Научно-практическая конференция по экобезопасности, 2000, Ай-Даниль).

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: