XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Перспективы развития альтернативной энергетики в Ростовской области
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Альтернативная энергетика – это перспективная отрасль ТЭК, основанная на использовании неисчерпаемых природных ресурсов. В настоящее время эта отрасль в России развивается пока медленными темпами. Однако, есть регионы, где предпосылки для развития «зеленой энергетики» весьма существенны Ростовская область в этом плане имеет большой потенциал.
Необходимость развития альтернативной энергетики в России, в том числе и в Ростовской области исключительно актуальна. Она обусловлена сокращением запасов топливных полезных ископаемых, необходимостью экономии исчерпаемых ресурсов, появлением новых высокоэффективных энергетических технологий, а также возникновением новых задач энергопотребления.
Объект исследования: Источники альтернативной электроэнергии.
Предмет исследования: перспективные направления развития альтернативной энергетики в Ростовской области.
Цель исследования: выявить перспективы развития альтернативного энергоснабжения в Ростовской области и на примере отдельного домохозяйства на территории станицы Ольгинской Аксайского района Ростовской области.
Задачи:
1. Определить предпосылки развития альтернативной энергетики в Ростовской области, изучить технические, экономические и экологические аспекты использования альтернативных источников энергии в Ростовской области.
2. Создать картосхему «электроэнергетика Ростовской области» с отображением размещения альтернативных электростанций региона, сделать выводы.
3. Проанализировать динамику энергопотребления в отдельном домохозяйстве станицы Ольгинской и предложить рекомендации энергосбережения за счет использования альтернативных источников энергии.
Глава 1. Альтернативная энергетика в Ростовской области
1.1. Географические предпосылки развития альтернативной энергетики
Ростовская область – это южный регион России с уникальным географическим положением и особым природно-ресурсным потенциалом, что заметно может повлиять на развитие перспективных направлений альтернативной энергетики.
Ростовская область располагается на юге Восточно-Европейской равнины в бассейне Нижнего Дона. Рельеф области преимущественно равнинный. Самой высокой частью территории является Донецкий кряж (высота до 253 м), расположенный на западе области. Кроме Донецкого кряжа на севере располагается Донская гряда, на юго-востоке - возвышенность Ергени, на юге - Кумо-Манычская впадина.
Климат Ростовской области умеренно-континентальный со средними температурами июля +22 °С - +24 °С. Средняя же температура января колеблется от -5 °С на юге до -9-10 °С – на севере. Среднегодовое количество осадков составляет 400-450 мм. При этом на юго-востоке среднегодовое количество осадков составляет 320-360мм, на юго-западе 530-550мм. Больше всего осадков выпадает летом, в июне-июле. В целом климат Ростовской области засушливый.
Ростовская область является регионом, хорошо обеспеченным солнечной энергией. Среднегодовая продолжительность солнечного сияния в Ростовской области составляет 2050-2150 часов.1 В летнее время показатели продолжительности солнечного сияния в Ростовской области не уступают Сочи. Поэтому в нашей области целесообразно развивать солнечную энергетику. Для этого имеются значительные предпосылки. В Ростовской области пиковая интенсивность солнечной радиации составляет 0,9 кВт/м2, а суммарная - более 1 - 2 кВт/м, годовая сумма солнечной радиации - 1350 кВт/м2. Это создает комфортные условия использования солнечной энергии для нагрева теплоносителя до температуры 50 – 70°С. Число дней без солнца - не более 30, что дает возможность применять коллективные и индивидуальные установки с использованием тепловых аккумуляторов относительно малой мощности. Одним из наиболее перспективных направлений является использование солнечных панелей. Они позволяют преобразовывать солнечную энергию в электрическую, не загрязняя окружающую среду. Кроме того, солнечные панели обладают высокой эффективностью и надежностью.
Ростовская область – это один из самых ветренных регионов страны. Среднегодовая скорость ветра в Ростовской области составляет 4,6 м/с. На юго-западе области рядом с Азовским морем скорость ветра еще выше. Так что можно вполне считать, что установка ветряков на территории Ростовской области является весьма целесообразной, особенно в ее юго-западной части. Однако, нужно иметь ввиду, что непостоянство ветра усложняет получение постоянного энергетического потока, поэтому, для автономного снабжения жилища такую энергию использовать пока сложно.
Альтернативную энергию, вырабатываемую ветряком, целесообразнее всего использовать на производство дополнительного тепла, на освещение растений в теплицах и, в какой-то мере, для снижения потребляемой электроэнергии от электросети.
Таким образом, Ростовская область обладает уникальным набором природных особенностей для строительства объектов альтернативного энергоснабжения. Особенности географического положения и природный потенциал нашей области больше всего подходят для строительства ветроэнергетических и гелиоэнергетических систем.
1.2. Технические, экономические и экологические аспекты использования отдельных альтернативных источников энергии в Ростовской области.
В Ростовской области активно используются альтернативные источники энергии. Из-за южного географического положения, равнинного рельефа и высокой солнечной активности наиболее перспективными для использования в Ростовской области являются источники солнечной энергии и ветряки, а также бытовой мусор с особыми значениями теплотворной способности.
Итак, рассмотрим некоторые аспекты использования источников альтернативной энергетики, имеющихся в Ростовской области.
ВЭС (ветроэлектростанция) использует энергию ветра для производства электроэнергии. Она состоит из нескольких ветрогенераторов, которые преобразуют кинетическую энергию ветра в электрическую энергию. Ветрогенератор состоит из трех основных компонентов: лопастей, генератора и системы управления. Лопасти вращаются под действием ветра, приводя в движение генератор, который вырабатывает электричество. Система управления регулирует скорость вращения лопастей и направление ветрогенератора для максимальной эффективности. Выработанная электроэнергия затем передается в сеть для использования. Ветрогенераторы не загрязняют окружающую среду и обладают высокой эффективностью. Однако, их установка требует больших инвестиций и занимает много места.
Фотовольтаические элементы (ФВЭ), также известные как солнечные панели, преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество. ФВЭ состоят из полупроводникового материала, обычно кремния, который поглощает солнечный свет и создает электрический ток. Этот процесс называется фотовольтаическим эффектом. Электричество, созданное ФВЭ, может использоваться для питания различных устройств.
На территории Ростовской области ежегодно образуется около 2 млн тонн твердых коммунальных отходов. Несмотря на внедренную в 2019 году новую систему обращения с отходами, согласно которой бытовой мусор теперь не только захоранивают, но и сортируют с целью дальнейшей переработки, рассматриваемые в работе варианты утилизации отходов являются, на наш взгляд, весьма перспективными. Энергетическая утилизация отходов происходит путем их сжигания или анаэробного брожения биомассы, в результате чего вырабатывается энергия, пригодная для использования в различных сферах. Поскольку значения теплотворной способности (удельная теплота сгорания) каждого вида отходов, рассматриваемых в качестве топлива, зависят от количества горючих компонентов и изменяются в достаточно широком диапазоне, можно предложить классифицировать отходы по группам в соответствии со значениями теплотворной способности.2
Однако, использование альтернативных источников энергии имеет свои недостатки. Например, солнечные панели и ветрогенераторы сильно зависят от изменения погодных условий и могут снижать выработку электроэнергии в периоды низкой солнечной активности или слабого ветра. Кроме того, они требуют значительных инвестиций в инфраструктуру и оборудование.
1.3. Размещение объектов «зеленой энергетики» на территории региона.
Ростовская область – находится на первом месте в России по наличию мощностей ветрогенерации. Совокупная мощность донских станций составляет 610 МВт. Это стало возможным, благодаря реализации самой масштабной в нашей стране инвестпрограммы Фонда развития ветроэнергетики Ростовской области. Зеленая энергия, производимая здесь, в перспективе, предназначена для энергоснабжения всего южного федерального округа - от крупных предприятий до бытовых потребителей. Фонд получил право на строительство в различных регионах РФ 1823 МВт ветрогенерации.
На территории Ростовской области на данный момент запущены шесть ВЭС общей установленной мощностью 610 МВт, но в перспективах есть развитие новых ветрогенераторов.3 Размещение ВЭС отображено на картосхеме «Электроэнергетика Ростовской области» (приложение 1).
Каменско-Красносулинская ВЭС - один из крупнейших проектов в области альтернативной энергетики в России. Она расположена на Севере Ростовской области и состоит из 26 ветроэнергетических установок мощностью 3,6 МВт каждая. ВЭС состоит из Каменской и Сулинской ветроэлектростанций по 100 МВт каждая.
Сулинская ВЭС – это первая ветровая электростанция, заработавшая в Ростовской области в 2020 году и уже произвела более 100 млн кВт*ч электроэнергии. Лопасти и башни поставлялись с завода «Башни ВРС» в Таганроге и профильного предприятия в Ульяновске.
Азовская ВЭС(приложение 4) - ещё один крупный проект в области альтернативной энергетики в Ростовской области. Она состоит из 24 ветроэнергетических установок общей мощностью 72 МВт. ВЭС была введена в эксплуатацию в 2021 году и уже выработала более 200 млн кВт*ч электроэнергии. Реализация проекта осуществлялась компанией “Enel Russia” при поддержке правительства Ростовской области и Российского экспортного центра.
Марченковская ВЭСрасположена на территории Зимовниковского района Ростовской области. С 1 июля 2021 года ВЭС начала поставлять электроэнергию и мощность в единую сеть страны. Это первая ветроэлектростанция АО «НоваВинд» в Ростовской области. В составе ВЭС работают 48 ветроустановок мощностью 2,5 МВт каждая. ВЭС оснащена оборудованием, полностью произведенным на территории России.
Гуковская ВЭС является одной из крупнейших ветроэнергетических установок России. Она расположена недалеко от города Гуково и занимает площадь около 100 гектаров.
Проект был реализован компанией «Росатом» и начал свою работу в 2021 году. На данный момент на станции установлены 90 ветротурбин мощностью 2,5 МВт каждая, что позволяет производить до 220 КВт*ч электроэнергии в год.
Гуковская ВЭС является частью программы по развитию возобновляемой энергетики в России и призвана снизить зависимость от традиционных источников энергии, таких как уголь и газ. Кроме того, станция способствует улучшению экологической ситуации в регионе, сокращая выбросы вредных веществ в атмосферу. Также с 2021 года запущена Казачья ВЭС.
В настоящее время все шесть ветровых электростанций в Ростовской области работают в штатном режиме и проблем с их обслуживанием нет. Так сообщил первый заместитель министра промышленности и энергетики региона Вячеслав Тимченко.4
В России производством ветрогенераторов и комплектующих к ним занимаются несколько крупных компаний:
-
«Росатом» (башни, лопасти, ступицы и гондолы для ветрогенераторов);
-
«НоваВинд» (лопасти и генераторы для ветроустановок);
-
«Энел Россия» (ветроустановки, лопасти и башни);
-
«Фортум» (башни и лопасти);
-
«РЭП Холдинг» (генераторы).
Эти компании имеют собственные производственные мощности и конструкторские бюро. Они разрабатывают и производят ветрогенераторы и комплектующие к ним.
В Ростовской области производство оборудования для ветряков осуществляется в городе Таганрог и городе Волгодонск. На Дону запланировано строительство солнечных электростанций, которые должны находиться южнее Гуково и Новошахтинска, и также планируется задействовать восточные районы области для строительства СЭС. Активная фаза создания объектов электроэнергетики на солнечной энергии начинается с 2023-2024 гг. Сейчас в регионе есть две маленькие солнечные электростанции — в ТРЦ «Мега» мощностью 200 кВт (Аксайский район) и в винодельне «Кантина» в г. Азов.
Глава 2. Возможности развития альтернативной энергетики в
станице Ольгинская Аксайского района.
2.1. Анализ энергопотребления на примере отдельного домохозяйства станицы Ольгинской Аксайского района
Для анализа энергопотребления мы составили графики потребления энергии на каждый месяц в году (приложение 2).
Анализируя графики, можно сделать следующие выводы:
зимой энергопотребление повышается. Это происходит в связи с уменьшением светового дня и увеличением времени нахождения членов домохозяйства в помещении, тем самым большим использованием электроприборов.
Весной энергопотребление начинает сокращаться, но к маю происходит его увеличение из-за увеличения интенсивности садовых работ.
Более высокое энергопотребление наблюдается во второй половине лета по причине частого использования кондиционера и насоса для полива сада и огорода.
Начало осени не сильно отличается энергопотреблением от августа, но с приближением к зиме энергопотребление заметно растет.
Для детального анализа мы составили также второй график за второй год энергопотребления и по полученным данным можно заметить, что энергопотребление выросло в сравнении с первым годом, что говорит об изменении погодных условий и о том, что рационально начать применять меры для уменьшения энергопотребления.
2.2. Перспективы использования альтернативных источников энергии в станице Ольгинская Аксайского района.
Я думаю, что для начала стоит сказать о ряде преимуществ использования источников альтернативной энергии в целом.
Так, использование приборов, работающих на альтернативных источниках энергии, позволяет снизить расходы на электроэнергию. Например, солнечные батареи или ветрогенераторы позволяют производить электроэнергию бесплатно.
В случае аварии на электростанции или отключения электричества, приборы, работающие на альтернативных источниках энергии, продолжает функционировать, обеспечивая домашнее хозяйство необходимым комфортом. Данное преимущество особенно полезно для сельской местности, так как отключение электричества частая проблема в селах, и по своему опыту в Ольгинском сельском поселении тоже. Приборы, работающие от источников альтернативной энергии не подключены к общей сети и работают автономно.
Приборы, использующие альтернативные источники энергии, как правило, имеют более длительный срок службы, чем традиционные приборы.
Популярность альтернативных источников энергии способствует развитию технологий в данной области, что в долгосрочной перспективе будет способствовать улучшению качества жизни и экономическому развитию. Из-за этого любая покупка в этой сфере будет вкладом в наше экологически чистое будущее.
Использование приборов на источниках альтернативной энергетики способствует улучшению качества жизни населения.
Самое главное, что сельское хозяйство напрямую зависит от окружающей среды, а использование электроприборов на основе источников альтернативной энергии уменьшает потребление энергии, что в долгосрочной перспективе снизит загрязнение окружающей среды.
Погодные условия в станице Ольгинской не сильно отличаются от тех же, что на территории региона. Станица Ольгинская окружена полями, где можно было бы спокойно поставить ветряки и солнечные панели, которые могли бы снабжать энергией динамично развивающиеся тепличные комплексы и другие организации. Кроме того, на территории поселения есть прибрежные зоны рядом с озерами, прудами, рекой Дон, на которых можно было бы поставить ветряки для большей энерго-продуктивности.
Больше всего источники альтернативной энергии могут пригодиться в домашнем хозяйстве. Для того, чтобы сократить энергопотребление зимой можно использовать солнечные батареи, которые улавливают солнечный свет и преобразуют его в электроэнергию, для замены уличного освещения.
Уличные светильники или прожекторы на солнечных батареях широко применяются на придомовых территориях, в парках и на детских площадках в вечернее время в станице Ольгинской, на автомобильной трассе в Ростов-на-Дону и Аксай.
В домохозяйствах солнечные батареи помогают сократить энергопотребление. Такие устройства доступны по цене и легкие в обслуживании. (приложение 3).
Таким образом, развитие альтернативной энергетики в таких поселениях как станица Ольгинской очень важно и необходимо, особенно в домашнем хозяйстве. Использование источников альтернативной энергетики, это не только экономия и экологичность, но и вклад в наше будущее, вклад в здоровье наших земляков.
Глава 3. Проблемы и перспективы развития альтернативной
энергетики в Ростовской области
Альтернативная энергетика в Ростовской области имеет большой потенциал для развития, так как регион обладает благоприятными климатическими условиями для производства солнечной и ветровой энергии. Кроме того, в области имеются значительные запасы биомассы, которые могут быть использованы для производства биотоплива.
Одним из основных направлений развития альтернативной энергетики в Ростовской области является строительство солнечных и ветровых электростанций.
Ветровые ресурсы Ростовской области являются одними из самых значительных в России. Уже сейчас в регионе работают несколько ветряных электростанций, но их количество и мощность можно значительно увеличить для обеспечения более устойчивого и экологически чистого производства электроэнергии. В настоящее время уже действуют несколько ВЭС в регионе, но потенциал для дальнейшего развития еще далеко не исчерпан.
Ростовская область имеет высокий потенциал для использования солнечной энергии благодаря большому количеству солнечных дней в году и высокой интенсивности солнечного излучения. В регионе уже существуют солнечные электростанции, но их мощность можно увеличить для удовлетворения растущего спроса на электроэнергию. Кроме того, использование солнечных панелей для обеспечения энергией жилых домов и коммерческих объектов может способствовать снижению зависимости от традиционных источников энергии. В марте 2023 года в Ростовской области был выбран проект по строительству солнечной электростанции (СЭС) мощностью 24,9 МВт.
Но при использовании источников альтернативной энергетики в Ростовской области есть ряд проблем, которые предстоит в перспективе решить.
Одной из основных проблем является недостаточная инфраструктура. В настоящее время в области отсутствуют достаточное количество солнечных и ветроэлектростанций, гидроэлектростанций и других объектов альтернативной энергетики. Также ограничен доступ к современным технологиям и оборудованию для производства и хранения альтернативной энергии.
Еще одной проблемой является отсутствие поддержки со стороны государства. Неразвитость законодательства и отсутствие стимулов для инвестиций в альтернативную энергетику создают условия, не способствующие ее развитию. Кроме того, высокие издержки на строительство и эксплуатацию объектов альтернативной энергетики являются серьезным барьером для инвесторов.
Еще одной проблемой является недостаток квалифицированных специалистов в области альтернативной энергетики. Недостаточное количество специалистов, обладающих необходимыми знаниями и опытом в данной области, затрудняет процесс развития альтернативной энергетики в регионе.
Недостаточная осведомленность населения и бизнесменов о преимуществах альтернативной энергетики. Многие люди не знают о существовании альтернативной энергетики или не понимают, как она работает. Это связано с тем, что информация об альтернативной энергетике не всегда доступна и понятна. Другие люди скептически относятся к новым технологиям, особенно если они связаны с экологией и энергетикой. Они считают, что альтернативные источники энергии не могут быть надёжными и эффективными. Остальные люди не имеют достаточных знаний об энергетике и экологии, чтобы понимать преимущества альтернативной энергетики. Это особенно касается людей старшего поколения, которые получали образование до того, как альтернативные источники энергии стали широко использоваться.
Также проблемой является влияние ветряных генераторов на животных. Ветряки не выбирают когда им крутиться и с какой интенсивностью, из-за чего за год по всему миру умирает около 30 тысяч. птиц, а ведь ветряки могут разгоняться почти до 300 км/ч. Солнечные электростанции могут влиять на миграцию птиц, которые могут путаться в отражении солнечных панелей. Однако это влияние не настолько значительно по сравнению с ветрогенераторами и не представляет угрозы для популяций птиц.
Для преодоления этих проблем необходимо провести комплекс мероприятий, направленных на развитие альтернативной энергетики в Ростовской области. Это включает в себя создание специализированных образовательных программ, привлечение инвестиций и разработку стимулирующих механизмов со стороны государства, а также развитие инфраструктуры для производства и использования альтернативной энергии. Сократить зависимость региона от традиционных источников энергии, уменьшения вредного воздействия на окружающую среду и создания новых рабочих мест в сфере альтернативной энергетики.
Заключение
Таким образом, Ростовская область обладает своим уникальным набором природных особенностей для строительства объектов альтернативного энергоснабжения. Это южное географическое положение, высокая солнечная активность, равнинный рельеф и особый ветровой режим. Солнечная и ветровая энергетика являются лишь частью потенциальных энергетических возможностей Ростовской области.
Ростовская область – это регион лидер в России по развитию ветровой энергетики. В настоящее время в нашей области функционируют шесть ВЭС совокупной мощностью 610 МВт. Есть небольшие по площади солнечные электростанции. Альтернативные источники энергии используются в частных домохозяйствах, для освещения детских площадок, спортивных парков и отдельных автомобильных дорог.
В целом развитие альтернативной энергетики в Ростовской области имеет огромное значение для развития энергетической инфраструктуры в самом регионе и в нашей стране в целом, а природных препятствий на пути к развитию источников альтернативной энергии нет, так что всё только в наших руках.
Анализ энергопотребления отдельного домохозяйства и локальное использование альтернативных источников энергии показали большую важность их применения в современной жизни для создания более комфортного и безопасного жизненного пространства, для сокращения материальных расходов на оплату услуг ЖКХ, для сохранения традиционных природных ресурсов, применяемых для выработки тепла и электроэнергии.
Список использованной литературы и интернет-ресурсов:
1.Беспалов В.И., Самарская Н.С., Астафуров Р.С. Классификация перспективных систем альтернативного энергоснабжения и использования отходов для Ростовской области. //Международный исследовательский журнал №4(118) часть 1 апрель, 2022 год
2.Масюков И.К. Альтернативные источники энергии как инновации в топливно-энергетическом комплексе / И.К. Масюков // Современные тенденции развития в области экономики и управления. – 2018. – С. 91-94.
3. Беспалов В.И. Классификация перспективных систем альтернативного энергоснабжения и использования отходов для Ростовской области / Беспалов В.И., Самарская Н.С., Астафуров Р.С. // Международный научно-исследовательский журнал – № 4 (118) – Часть 1. / DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2022.118.4.004
4. Филиал ПАО «Россети Юг» – «Ростовэнерго» / https://rostovenergo.rosseti-yug.ru/
5. Публичное акционерное общество «ТНС энерго Ростов-на-Дону» / https://rostov.tns-e.ru/population/
6. Акционерное общество «Донэнерго» / https://donenergo.ru/
Приложение 1. Картосхема «Электроэнергетика Ростовской области и размещение ВЭС»
Приложение 2. Графики энергопотребления отдельного домохозяйства.
График энергопотребления отдельного домохозяйства за период с Января 2022 г. по Декабрь 2022 г
График энергопотребления отдельного домохозяйства за период с Января 2023 г. по Декабрь 2023 г.
Приложение 3. Приборы уличного освещения на солнечных батареях
Рис 1. Лампа уличного освещения с ФВЭ (1).
Рис 2. Лампа уличного освещения с ФВЭ (2).
Приложение 4. Азовская ВЭС
Рис 3. Самый крупный ветропарк в Ростовской области (Азовская ВЭС).
1Беспалов В.И., Самарская Н.С., Астафуров Р.С. Классификация перспективных систем альтернативного энергоснабжения и использования отходов для Ростовской области. //Международный исследовательский журнал №4(118) часть 1 апрель, 2022 год
2Беспалов В.И. Классификация перспективных систем альтернативного энергоснабжения и использования отходов для Ростовской области / Беспалов В.И., Самарская Н.С., Астафуров Р.С. // Международный научно-исследовательский журнал – № 4 (118)
3https://v-pravda.ru/2021/11/16/kazachya-ves-shestoj-vetropark-vveden-v-ekspluataciju-v-rostovskoj-oblasti/газета Волгодонская правда
4https://www.xn--80a0biks.su/2023/06/26/006/газета Шахтинские известия
ст. Ольгинская, 2024