ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ. СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ

Оценка потенциала глобальных солнечных электрических систем различной конфигурации

В общем случае солнечная энергетическая система может состоять не только из солнечных электростанций, но также включать и электростанции, ис­пользующие другие возобновляемые источники энергии, соединенные между собой и с потребителями энергии линиями передач электрической энергии.

Система контроля и управления глобальной энергосистемой может вклю­чать геостационарные спутники наблюдения за облачным покровом и системы прогнозирования выходной мощности солнечных электростанций, а также ис­полнительные устройства для запуска резервных электростанций с разными ма­невренными и мощностными характеристиками для покрытия графика нагрузок энергосистемы.

Для обеспечения бесперебойного и надежного электроснабжения и вы­равнивания суточного графика производства энергии в солнечной энергети­ческой системе, состоящей из солнечных электростанций, соединенных линия­ми электропередачи между собой и с потребителями электроэнергии, солнечные

Январь
Февраль	Март
Апрель
0 2 4 6 8 1012 U161B 20 22 Время моаоесаде, час	О *V V t	Время московское, час
Время мосховсюе, час
ПМ <ч<Ч'КЧЧ*'М Время мосховсюе, час	0 2 4 6 8 1012 14 16 18 20 22 Время московсюв, час
0 2 4 6 8 101214161820 22 Время мосгоеогое, час
'ПИ ЧЧКЧЧ*^$ время мосховсию, час
Сентябрь	Октябрь
UH
ИИ
* <М. ъ ічЧ'КЧЧ Время иошвдае, час
ИМ) ЧЧЧЧЧ*^ Время мосювское, час
Время носивши, час
Время носивши, час
Рис. 17.5. Гоафик суточных изменений производства электроэнергии солнечной энергосистемы Россия - Беларусь

электростанции необходимо располагать в разных полушариях Земли (север­ном либо южном). Расстояние между соседними солнечными станциями по долготе в градусах должно составлять не более 7,5 min^ + hi) градусов, где h и hi - длительности светового дня в месте расположения станции, выраженные в часах, а тіп(Л] + hi) - минимальная суточная сумма, выбранная из всех дней года. Для иллюстрации возможностей солнечных электростанций ниже приво­дятся оценки выработки солнечных энергосистем различных конфигураций, выполненных специалистами ВИЭСХ под руководством и при участии акаде­мика Россельхозакадемии Д. С. Стребкова.

На рис. 17.5 представлены графики суточного производства электроэнергии по 12 месяцам года, энергосистемы из двух солнечных электростанций, располо­женных в окрестностях г. Пинска (Республика Беларусь, 52° с. ш., 26° в. д.) и г. Уэлена (Россия, Чукотский А. О., 66° с. ш., 170° з. д.). Расчеты выполнены груп­пой сотрудников ВИЭСХ. КПД солнечной электростанции был принят равным 25%. Фотоактивная площадь каждой электростанции была определена как квадрат со стороной 20 км. Общая выработка электрической энергии в солнечной энерго­системе за 6 месяцев (с 22 марта по 22 сентября) составляет 560 млрд. кВт ч, пи­ковая мощность каждой электростанции 125 млн. кВт.

В качестве исходных данных для расчета использованы средние мно­голетние значения (период осреднения не менее 10 лет) инсоляции в местах

о 2 4 В В 10 15 14 1Є 10 20 22 Время по Гринвичу, час
'ай	Икжъ
Время по [ринвичу, чвс	Время по Грімичу, час
Время по Гринвичу, час
Октябрь
Декабрь • 1 ^—а......... ; ..... U____ О 2 4 В В 10 12 14 1В 10 20 22 Время по Гринвичу, час

Рис. 17.6. График суточных изменений выработки электроэнергии
Афро-Евразийской солнечной энергосистемы, состоящей из двух солнечных
электростанций на Чукотке в России (1,5 ТВт) и в Мавритании (1,0 ТВт)
со слежением вокруг полярной оси для средних дней 12 месяцев года

расположения электростанций. Расчет выполнен для солнечных станций со слежением за Солнцем вокруг полярной оси. Было определено, что в течение пяти месяцев (с апреля по август), электроэнергия от солнечных станций по­ступает в систему круглосуточно. Еще в течение двух месяцев (в марте и сен­тябре) перерыв составляет не более 2 часов в сутки с несколько большей нерав­номерностью суточного хода.

Энергосистема из двух солнечных электростанций, установленных на Чу­котке, пос. Марково (64°40’ с. ш., 170°23’ в. д.) - 1,5 ТВт и в Мавритании (Афри­ка) - 1 ТВт, сможет круглосуточно с марта по сентябрь обеспечить все страны Африки, Ближнего Востока, Европы, России и СНГ электрической энергией (рис. 17.6). Годовое производство в энергосистеме составит 5431,6 ТВт ч.

Результаты оценки параметров глобальной солнечной энергетической си­стемы, состоящей из трех СЭС, установленных в Австралии, Африке и Мексике и соединенных линией электропередач с малыми потерями (рис. 17.7), выпол­ненных сотрудниками ВИЭСХ (к. т.н. А. Е. Иродионов и др.) методом компью­терного моделирования, представлены на рис. 17.8.

При моделировании использовались данные по солнечной радиации за весь период наблюдений. КПД СЭС принимался равным 25%. Представленные результаты показывают, что такая СЭС могла бы генерировать электроэнергию

электростанции

Рис. 17.8. Производство электроэнергии глобальной солнечной энергосистемой

круглосуточно и равномерно в течение года. Размеры каждой из трех СЭС со­ставляют 190 х 190 км2, электрическая мощность 2,5 ТВт. Годовое производст­во электрической энергии (17300 ТВт ч) превышает годовое мировое потребле­ние энергии.

Солнечные электростанции в системе распределены в широтном направ­лении так, что окончание освещения фотоактивной поверхности одной элек­тростанции совпадает с началом освещения панелей другой, ближайшей по хо­ду Солнца станции. Изменяя расстояние между станциями по долготе, можно добиться не только непрерывности суточного хода средней выходной мощно­сти системы, но и значительно увеличить равномерность производства электро­энергии.

Необходимо подчеркнуть, что размещение станций выбрано специально таким образом, что для этого необходимы именно пустынные территории, ко­торые не используются сейчас и, с большой вероятностью, не будут использо­ваны в обозримом будущем.

Солнечные электростанции блочно-модульного типа могут ежегодно уве­личивать свою мощность на 100 — 300 ГВт. Начало функционирования гло­бальной солнечной энергетической системы можно прогнозировать к 2050 г., выход на полную мощность в 2090 г. В результате реализации такого проекта доля солнечной энергетики в мировом производстве электроэнергии составит 75 - 90%, а выбросы парниковых газов будут снижены в 10 раз. Размещение солнечных электростанций энергосистемы по обе стороны от экватора позволя­ет исключить сезонные колебания выработки электроэнергии - зимнее сниже­ние в одном полушарии компенсируется летним ростом выработки в другом.

Такая система позволяет полностью отказаться или свести к минимуму необходимость использования буферных накопителей мгновенного действия.