ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ. СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ

Распределенное производство электроэнергии

Это направление развития глобальной энергетики активно разрабатыва­ется и привлекает все большее внимание научной общественности и бизнеса, поскольку это один из важнейших факторов повышения энергетической безо­пасности таких стран, как Россия. Около 2/3 территории страны, на которой проживает порядка 20 млн человек, не охвачено централизованным электро­снабжением, а на значительной ее части отсутствуют вообще какие-либо ис­точники энергии. Более 50% регионов страны энергодефицитны. Децентрали­зация энергоснабжения является жизненной необходимостью для населения, проживающего на огромных пространствах страны (рис. l8.Ul) и мощным стимулом для вовлечения этих территорий в хозяйственную деятельность. Ос­новой решения этой задачи является освоение новых технологий экологически чистой возобновляемой энергетики. Автономное энергоснабжение - это та ни­ша, где использование возобновляемых источников энергии и, в частности, энергии Солнца, уже сегодня экономически оправдано. Важным условием раз­вития распределенного производства энергии и энергоснабжения локальных потребителей является рассредоточенное строительство когенерационных элек­тростанций малой мощности 30 кВт — 3 МВт с использованием имеющихся на местах возобновляемых энергоресурсов, замена всех газовых котельных на ко - генерационные энергетические установки на базе ВИЭ. В этой области энерге­тики еще только складываются основные термины и понятия, происходит раз­граничение объектов малой энергетики по типу вырабатываемого энергоресур­са и мощности. Тем не менее, работы в этом направлении развиваются доста­точно интенсивно во всем мире и в России в частности.

К настоящему времени в России решением Правительственной комиссии по высоким технологиям и инновациям утверждена технологическая платфор­ма «Малая распределенная энергетика» (ТП «МРЭ»), Организацией-коорди­натором определено Агентство по прогнозированию балансов в энергетике (ЗАО «АПБЭ»), Сформирован Координационный и Экспертный Советы. Про­ведены две Всероссийские конференции «Развитие малой распределенной энергетики в России». Тем не менее, еще многие вопросы требуют тщательной разработки.

Сформулирован ряд понятий, уточнение которых продолжается.

В самом общем виде распределенный энергетический ресурс может быть охарактеризован как совокупность генерирующих источников, которые могут быть распределены по всей распределительной сети, причем как со стороны по­требителя, так и со стороны поставщика.

Под такое определение подпадают и так называемые микросети, концеп­ция которых развивается в ВИЭСХ совместно с Каунасским техническим уни­верситетом (Литва) [144 - 146]. Микросеть рассматривается как система взаи­мосвязанных и объединенных сетью объектов, генерирующих электроэнергию в сеть и потребляющих энергию из сети.

В последнее время для автономного энергоснабжения удаленных, пре­имущественно сельских, потребителей начали использовать комбинированные системы, основанные на использовании двух и более типов ВИЭ. Они могут успешно дополнять друг друга, вследствие чего потребность в аккумулирова­нии и использовании резервных источников энергоснабжения снижается. Осо­бенно удачными автономные системы можно организовать при наличии исчер­пывающей информации о потенциале различных ВИЭ в данной местности, конкретно на объекте.

Однако часто трудно на одном объекте, особенно если это небольшой крестьянский дом, реализовать энергосистемы на базе нескольких потенциаль­но возможных источников. Кроме того, соотношение по времени и мощности нагрузок и генерации электроэнергии в большинстве случаев трудно сбаланси­ровать, поскольку и источники генерации, и потребители немногочисленны.

Значительно легче все эти проблемы устранить, если и число источников генерации, и число потребителей электроэнергии будет существенно больше и они будут разнообразнее. Эти условия легко реализовать, если создать локаль­ную микросеть [144 - 146, 156], т. е. интегрированную энергетическую систему небольшой мощности с распределенными генераторами и потребителями энер­гии (рис. 17.9).

В микросети можно реализовать широкую интеграцию локальных бесто­пливных возобновляемых источников энергии, в первую очередь таких, как солнечная энергия.

Существует много вариантов микросетей. Они могут работать не только автономно, но и параллельно с электросетью. Инновации в энергетике и элект­ронике, в технологиях управления, информатики и связи создают благоприят­ные условия для развития и совершенствования микросетей, их оптимального управления с поддержанием стандартных и стабильных параметров электро­энергии, несмотря на интеграцию источников нестабильной мощности, таких как ветровые (ВЭС) и солнечные электростанции (СЭС). В микросети легче осуществить балансирование мощностей и получить хорошее соотношение ме­жду генерирующими мощностями и объемом выработанной и потребляемой энергии. Здесь могут быть применены динамические резервные мощности и эффективные накопители энергии, в то время как в большой энергосистеме на­до содержать дорогие и громоздкие резервные мощности.

Когда микросети соединены с электросетью, большого влияния на работу энергосистемы они не оказывают, поскольку основная часть энергии произво­дится и потребляется в пределах микросети, что исключает потери, связанные с передачей энергии по электросети. Здесь есть много возможностей цену на электроэнергию установить ниже рыночной, потому что в микросети нет ог­ромной инфраструктуры, многочисленного персонала и больших расходов на энергоносители.

Владеть микросетью и эксплуатировать ее могут владельцы жилых до­мов, предприятия, ЗАО, деревни, поселки и т. д. Здесь потребители энергии в то же время могут быть и ее производителями, эксплуатирующими свои мик­роэлектростанции или/и накопители энергии. Интеграция ВЭС, СЭС и других

электростанций ВИЭ в микросеть встречает значительно меньше бюрократиче­ских препятствий, чем присоединение к электросети.

В настоящая время около 90% существующих электрических микросетей занимает площадь до 1 км~, а суммарная мощность генераторов энергии в од­ной такой микросети не превышает 1 МВт.

Хорошие перспективы для построения микросетей имеются в сельской местности, где доступ к местным первичным возобновляемым источникам энергии в меньшей степени ограничен по сравнению с урбанизированной мест­ностью.

В микросети выработанная энергия в основном используется местными потребителями, что обеспечивает снижение потерь, связанных с передачей и распределением энергии по электрическим сетям.

Надежность снабжения электроэнергией в аварийных случаях разного рода в рамках микросети обеспечить существенно легче, чем в крупных энерге­тических системах.

Потребители энергии в микросети могут участвовать в процессе баланси­рования мощности путем регулирования своих нагрузок, генерируя, накопляя и отдавая электроэнергию в микросеть.

На рис. 17.10 приведен пример организации локальной микросети с при­менением вышеописанных компонентов.

По мере продвижения централизованного электроснабжения на пока еще не освоенные территории имеющиеся там автономные генерирующие мощно­сти могут эксплуатироваться в параллельном с сетью режиме и при необходи­мости обмениваться с сетью энергетическими потоками.

Интенсивное развитие инновационных технологий выработки электро­энергии и передачи ее на значительные расстояния позволят начать обсуждения практической реализации идеи создания глобальной энергетической системы. Такая система будет объединять крупные генерирующие мощности в различ­ных зонах земной поверхности, на территориях, не используемых в хозяйст­венной деятельности, но обладающих высоким потенциалом ВИЭ, а также соз­данные в околоземном пространстве солнечный электростанции. Она позволит обеспечить бесперебойное электроснабжение потребителей как на Земле, так и в космическом пространстве и полностью покрывать постоянно растущие по­требности человечества в энергии. Одновременно будет поэтапно возрастать удельный вес ВИЭ в мировом энергетическом балансе. Особая роль в этих про­цессах несомненно будет отводиться солнечной фотоэнергетике.