CC BY
5УДК 620.92 : 502.174.3 DOI: 10.24412/2658-6703-2024-4-34-49
EDN: SLIHZM
Децентрализованная электрогенерация на ВИЭ в Республике Саха (Якутия): потенциал, состояние, перспективы
1 Нефедова Людмила Вениаминовна [0000-0002-6022-0617], 2 Рафикова Юлия Юрьевна [0000-0003-3204-9135]
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия,
E-mail: 1 [email protected], 2 [email protected]
Аннотация. Рассмотрены проблемы энергообеспечения зон децентрализованного электроснабжения и климатические особенности Якутии, обуславливающие различия в распределении потенциала гелиоэнергетических и ветроэнергетических ресурсов по территории республики. Показаны тенденции освоения гелиоэнергетических ресурсов в последние годы. Проведен анализ возможностей привлечения ветроэнергоресурсов для обеспечения электроэнергией в Якутии. Данные моделирования производительности ветроустановки KomaiHaltec KWT300 с использованием климатической базы NASA SSE послужили основой для оценок удельного ветро-энергопотенциала на территории республики. С применением средств ГИС выделены зоны с наиболее высокими значениями коэффициента использования установленной мощности. Для поселков в этой зоне проведены расчеты перспектив автономного электроснабжения исходя из данных по энергопотреблению. При оценках перспективных участков подробно рассмотрены экологические ограничения для использования ветроэнергоустановок (наличие орнитологических территорий) в северной части Якутии. Расчеты позволили выделить 11 населенных пунктов, где использование энергии ветра для энергоснабжения изолированных населенных пунктов на Севере Якутии наиболее перспективно.
Ключевые слова: возобновляемые энергоресурсы, ветроэнергопотен-циал, децентрализованное энергоснабжение, энергопотребление, орнитологические территории.
1 Введение
В республике Саха (Якутия) располагается обширная территория, занятая зоной децентрализованного энергоснабжения. Эта зона охватывает около 40 % территории республики, и ее площадь составляет порядка 1,25 млн кв.км. В зоне децентрализованного энергоснабжения основную роль в обеспечении электроэнергией населенных пунктов играют 126 дизельных электростанций (ДЭС) и газотурбинных установок общей мощностью 199,5 МВт. Ежегодное потребления топлива на ДЭС составляет порядка 250 тыс. тонн дизельного топлива. Особенно остро проблема стоит в северной части региона. Доставка топлива в связи с отсутствием дорог представляет собой сложную задачу. Основная часть грузов идет по Северному морскому пути из Архангельска и Мурманска, затем развозится речным транспортом в короткий навигационный период (так называемый «северный завоз»), стоимость топлива возрастает во много раз. В ряде регионов из-за высокой стоимости доставки топлива себестоимость электроэнергии, вырабатываемой на ДЭС, поднимается более 150 руб./кВтч. Территория Якутии в силу климатических особенности характеризуется достаточно высоким потенциалом возобновляемых источников энергии.
Климатические особенности и ресурсы ВИЭ региона. В зимний период основным барическим образованием, определяющим термический и ветровой режим в Якутии, является Сибирский антициклон. В области высокого давления формируется воздух, характеризующийся чрезвычайной устойчивостью, очень низкими температурами в приземном слое, мощными и продолжительными приземными инверсиями и малой влажностью. Характер облачности и ее количество в холодное и теплое время года значительно различаются. В холодный период при низких температурах воздуха и малом влагосодержании устанавливается устойчивая область высокого давления с нисходящими потоками, уменьшающими влагосодержание. На большей части территории, за исключением арктического побережья, где уровень облачности высокий, в период с декабря по март количество облачности нижнего яруса составляет 5-10%, общей облачности - 4070%. Таким образом, в зимний период, благодаря ясной погоде и высокой прозрачности атмосферы, несмотря на непродолжительные световые дни, возможно использование гелиоэнергетических ресурсов. Снежный покров в большинстве районов Якутии сохраняется в течение 225-250 дней в году, однако высота вследствие преобладания антициклонической циркуляции невелика, менее 25см на крайнем севере, что не затрудняет использование фотоэлектрических установок. В теплый период года, благодаря высокой температуре, более высокой влажности воздуха, развитию процессов испарения и конвекции и циркуляционным условиям, повторяемость пасмурных дней возрастает до 55-70%. [1-2].
Гелиоэнергетические ресурсы в связи с описанными особенностями климата достаточны для использования на фотоэлектрических установках на значительной части территории республики. Благодаря большой продолжительности светового дня средний приход суммарной радиации на горизонтальную поверхность в три летних месяца составляет даже в северной части Якутии 5,0-5,5 кВт.ч/м2 в
сутки, что суммарно за летний период составляет около 40-50% годовой суммы [3].
Ветроэнергетические ресурсы имеют наибольший потенциал использования на северных территориях республики, преимущественно за Полярным кругом. Освоение ветроэнергетических ресурсов начато только вблизи крупного поселка Тикси с населением более 5 тыс. человек, где с 2020 года успешно функционирует ветро-дизельный комплекс (ВЭС 900 кВт - с 2018 г. и ДЭС 3000 кВт - с 2020 г.). Авторами были выполнены расчеты и оценки возможностей привлечения ветроэнергетических ресурсов для энергоснабжения изолированных населенных пунктов в Якутии в северных территориях республики, где использование гелио-энергетических ресурсов малоэффективно вследствие повышенной облачности и низкого уровня солнечной радиации в осенне-зимний период.
Использование ресурсов малой гидроэнергетики возможно только в центральной и южной зоне Якутии, то есть в районах централизованного энергоснабжения. На севере же республики в связи с суровыми климатическими условиями их использование их целесообразно только в непродолжительный летний период.
2 Состояние и перспективы освоения гелиоэнергетических ресурсов.
Вопрос привлечения солнечных энергетических ресурсов к энергоснабжению удаленных населенных пунктов Республики Саха (Якутия) разрабатывается уже значительный период времени. Высокий потенциал ресурсов солнечной энергии позволил построить РАО ЭС Востока в (входит в группу «РусГидро») в период 2012-2018 гг. 20 солнечных электростанций (СЭС) мощностью до 80 кВт (преимущественно 10-20 кВт), суммарной мощностью около 600 кВт. [4]. А также была введена в строй первая в мире крупнейшая СЭС за Полярным кругом мощностью 1 МВт в поселке Батагай в 2015г. Работа данных солнечных электростанций послужила положительным опытом и показала высокую эффективность, в связи чем с 2021г. ПАО «Русгидро» была начата новая программа по созданию СЭС уже большей мощностью в составе автоматизированных гибридных энергетических комплексов (АГЭК) - солнечных электростанций с дизельными электростанциями с системами накопления энергии и управления комплексами. Первый АГЭК был введен в эксплуатацию в 2021 году в Табалахском наслеге Верхоянского улуса. Комплекс состоит из солнечной электростанции мощностью 404 кВт, дизельной электростанции мощностью 600 кВт и системы накопления энергии емкостью 100 кВт/ч. Станцию открыли на Восточном экономическом форуме по телемосту между Владивостоком и Табалахом. Энергокомплекс вырабатывает более 1,34 миллиона кВт.ч в год электроэнергии, обеспечивая надежное энергоснабжение заполярного села Улахан-Кюель населением около 1 тысячи человек. С использованием механизма энергосервисных договоров (ЭСД) в 2021-2022 годах было построено 6 АГЭК: четыре в Момском улусе (села Кулун-Элбют, Хо-нуу, Чумпу-Кытыл и Сасыр) и два - Верхоянском улусе (села Талабах и Верхоянск) общей мощностью 6,3 МВт. Годовая экономия дизельного топлива всех
введенных в эксплуатацию к 2023г. солнечных электростанций составила более 1,5 тыс. тонн в год. АГЭК в Хонуу, территория которого пересекает Полярный круг, включает в себя крупнейшую в России северную солнечную электростанцию установленной мощностью 1,5 МВт [5]. В начале сентября 2024г. еще четыре АГЭК общей мощностью 3,7 МВт были введены встрой в селах Урицкое, Дабан и Саныяхтах Олекминского улуса и в селе Тополиное Томпонского улуса. а также два АГЭК общей мощностью 1,9 МВт были введены в строй в декабре текущего года в селах Оймякон и Орто-Балаган Оймяконского улуса ( табл.1.).
Табл.1. Солнечные электростанции, введенные в эксплуатацию в составе автоматизированных гибридных энергокомплексов (АГЭК), построенных в рамках механизма энергосервисных контрактов ПАО «РусГидро»
Наименование Муниципальное Установленн- Год ввода в
СЭС образование ная мощность, кВт строй
Талабах (Улахан- Верхоянский улус 400 2021
Кюель)
Верхоянск Верхоянский улус 1030 2022
Хонуу Момский улус 1503 2022
Сасыр Момский улус 233 2022
Кулун-Элбют Момский улус 103 2022
Чумпу-Кытыл Момский улус 103 2022
Тополиное Томпонский улус 198 2024
Урицкое Олекминский улус 50 2024
Дабан Олекминский улус 66 2024
Саныяхтах Олекминский улус 198 2024
Оймякон Оймяконский улус 230 2024
Орто-Балаган Оймяконский улус 60 2024
Итого: 4174
Составлено авторами по материалам ПАО «РусГидро» [5].
Данные энергокомплексы были возведены в рамках энергосервисного договора между ООО «Группа ЭНЭЛТ» и АО «Сахаэнерго», входящим в Группу РусГидро. Возврат инвестиций по соглашению с правительством Якутии в рамках таких договоров осуществляется за счет сохранения экономии расходов на топливо в тарифе в течение не менее 15 лет, после чего энергообъекты перейдут в собственность АО «Сахаэнерго».Согласно Программе развития энергетики Республики Саха (Якутия) планируется увеличить общую установленную мощность энергообъектов с 2031,38 МВт в 2023 г. до 3512,30 МВт к 2030 г. Запланированы ввод в эксплуатацию новых газовых тепловых электростанций, атомных станций малой мощности, гибридных ветроэлектростанций и солнечных электростанций с резервными дизель-генераторами, обновление объектов локальной генерации [6].
В июне 2024г. была принята Программа модернизации объектов локальной генерации для энергоснабжения удаленных и изолированных населенных пунктов на территории Дальневосточного Федерального Округа [7]. В ней выделены 2 этапа модернизации систем децентрализованного энергоснабжения. Для приоритетной модернизации 1-го этапа указаны 80 объектов энергоснабжения дизельной генерации на территории Республики Саха (Якутия) и Камчатского края с периодом окупаемости до 15 лет. Модернизация будет включать создание в указанных населенных пунктах автоматизированных гибридных энергокомплексов - с обновленными дизельными электростанциями (ДЭС), солнечными электростанциями (СЭС) различной мощности, система накопления энергии (СНЭ) и системой автоматического управления. Мощность СЭС выбирается исходя из критерия максимального процента замещения годовой выработки ДЭС с учетом пятнадцатилетнего срока окупаемости инвестиций. КИУМ СЭС принимается в Программе равным в среднем 12 - 16% в зависимости от географического расположения и проведенного моделирования по усредненным данным солнечной инсоляции. Мощность СНЭ принимается равной 55% от мощности СЭС. Емкость СНЭ принимается равной 33% от мощности СНЭ для обеспечения запуска дизель-генераторных установок (ДГУ) в течение 20 минут. СНЭ является опорным компонентом системы и служит для обеспечения надежности электроснабжения на время останова/пуска ДГУ в целях максимального использования ВИЭ-генерации. Пока в качестве ВИЭ-генерации в Программе рассматриваются лишь солнечные фотоэлектрические станции.
В рамках первого этапа, запланированного на 2024-2026гг., мощность новых ДЭС, СЭС и СНЭ соответственно составит 100 МВт, 33 МВт, 15 МВт соответственно. Объем затрат на модернизацию планируется, по предварительным оценкам, 21 млрд. руб. без учета затрат на модернизацию сопутствующей инфраструктуры. Реализацию первого этапа Программы предполагается выполнять за счет сформированных ПАО "РусГидро" соответствующих планов корпоративных действий на основе энергосервисных договоров, заключенных с частными инвесторами. Привлечение частных инвестиций на основе энергосервисного договора с учетом предоставления заемного финансирования позволит обеспечить экономическую эффективность реализации данных проектов.
3 Цели и методы исследования
Для оценки перспектив энергоснабжения с использованием ветроэнергетических ресурсов в Республике Саха (Якутия) были выполнены расчеты с использованием характеристик скоростного режима ветра на высоте 50 м за 20-летний период (2000-2020 гг.), загруженных из открытой базы данных NASA POWER на регулярной пространственной сетке с шагом 1°x1 [8]. Проведены расчеты коэффициента установленной мощности (КИУМ) и значений удельного потенциала электрогенерации (УПЭ) для ветроустановки (ВЭУ) Komai Haltec KWT300 kW для всего региона исследования.
Целью данного исследования является анализ ветровых ресурсов Республики Саха (Якутия) и потенциала ветроэнергетики для обеспечения электроэнергией населенных пунктов региона с учетом потребительской нагрузки в различные сезоны года. Для расчета распределения выработки ветроустановок по месяцам в течение года использованы данные по ветроэнергетике, представленные в ГИС «Возобновляемые источники энергии России» [9]. Для определения необходимого количества ветроустановок было проведено сопоставление месячных значений среднегодового потребления электроэнергии в каждом из исследуемых поселков и выработки электроэнергии одной ВЭУ. Важным этапом исследования стало проведение многофакторного анализа с использованием методов ГИС с учетом экологических ограничений на использование ветроустановок, таких как исключение ключевых орнитологических зон местообитаний и гнездования перелетных птиц.
4 Полученные результаты и их обсуждение
Результаты расчетов позволили определить распределение значений коэффициента использования установленной мощности (КИУМ) по территории Якутии. Центральная юго-восточная часть территории республики характеризуется низкими значениями КИУМ - менее 5% и высокими рисками использования ветро-энергии. Значительные характеристики среднегодового КИУМ для данной ветроэнергетической установки (>10%) характерны для территорий севернее 68° с.ш. в западной и восточной частях Якутии и севернее 69° с.ш. (Усть-Янский, Аллаиховский, Нижнеколымский улусы, а также северо-восток Оленекского улуса), достигая значений более 20% на самом севере республики (Анабарский и Булунский улусы, островные территории). Именно для этой северной части региона и были произведены более подробные расчеты перспектив электроснабжения удаленных поселков с использованием ветроэнергетических ресурсов. На рисунке 1 представлено распределение значений удельного потенциала электрогенерации для северной - наиболее перспективной зоны республики для развития ветроэнергетики, где значения УПЭ превышают 1000 кВтч/кВт в год.
Для 30 населенных пунктов зоны децентрализованного энергоснабжения Якутии с численностью населения от 27 до 5055 жителей, исходя из соотношения прогнозируемой среднегодовой выработки и среднегодового потребления электроэнергии, рассчитано количество ветроэлектростанций Komai Накес KWT300, необходимое для полного замещения выработки электроэнергии дизель-генераторами.
Из дальнейшего анализа были исключены наиболее крупные населенные пункты (Белая Гора, Чокурдах, Депутатский и Тикси), так как их годовое потребление электроэнергии составляет более 9000 кВт.ч. и для полной замены мощности требуется от 40 до 60 ветроустановок, что не представляется экономически целесообразным. Однако ветроустановки могут частично снизить нагрузку на дизельные электростанции и обеспечить экономию топлива, как в поселке Тикси.
Табл. 2. Расчетное необходимое количество ветряных турбин для населен_ных пунктов Республики Саха (Якутия)_
Село Рес- Количе- Средне- КИУМ Годовая Удель- Не-
публики ство жи- годовое % выра- ный по- обхо-
Саха (Яку- телей потреб- ботка тенциал ди-
тия) ление электро- электро- мое
электро- энергии, генера- коли-
энергии, тыс. ции, тыс. че-
тыс. кВт.ч. кВт.ч./к ство
кВт.ч. Вт ВЭУ
Саскылах 2317 7,417 20,66 0,543 1,81 14
Юрюнг-Хая 1148 3,737 20,87 0,548 1,83 7
Таймылыр 757 1,790 25,63 0,673 2,25 3
Кюсюр 1718 4,136 22,36 0,587 1,96 7
Найба 522 1,357 19,42 0,510 1,70 3
Хайыр 433 0,617 18,96 0,498 1,66 1
Казачье 1367 3,376 19,58 0,514 1,71 7
Усть-Куйга 979 7,721 20,44 0,537 1,79 14
Усть-Янск 275 0,523 19,58 0,514 1,71 1
Тумат 533 0,786 19,64 0,516 1,72 2
Нычалах 117 0,402 12,55 0,329 1,10 1
Оленегор- 250 0,619 13,44 0,353 1,18 2
ский
Колымское 811 1,883 11,43 0,300 1,00 7
Для двух поселков (Усть-Куйга и Саскулах) получены потребности в 14 ВЭУ, что также не эффективно из-за очень высоких финансовых затрат. Для поселка Усть-Куйга, где ведется промышленная добыча золота и потребление электроэнергии будет увеличиваться, уже разработан альтернативный план начала строительства в 2024 году атомной станции малой мощности (около 50 МВт). Пространственный анализ среднегодовой выработки и коэффициента использования установленной мощности с использованием инструментов ГИС [10-12], а также анализ территории с точки зрения экологических ограничений (исключение ключевых орнитологических территорий (КОТР) и водно-болотных угодий) позволили выделить перспективные населенные пункты с высоким потенциалом замещения дизельной генерации ветроэнергетикой. К ним относятся 11 изолированных поселков с численностью населения менее 2000 человек, имеющих резервные дизель-генераторы (в Булунском, Усть-Янском, Анабарском, Аллаиховском и Нижнеколымском улусах).
Рис. 1. Распределение удельного потенциала электрогенерации (УПЭ) ветро-установки Komai Накес KWT300 по северной территории Республики Саха (Якутия)
Для ряда северных поселков, несмотря на высокий удельный потенциал вет-рогенерации (около 1500 кВт-ч/кВт), размещение ветроустановок ограничено высокими экологическими рисками, поскольку они расположены на или вблизи международных ключевых орнитологических территориях (КОТР) [13]. В работе [14] описано, что в настоящее время угрозой для орнитофауны при строительстве ветроустановок является не непосредственнное столкновение с лопастями, а потеря мест обитания, гнездования и т.п. При этом уязвимыми являются редкие виды, а также, в большей степени крупные виды птиц (журавли, гуси), хищники (беркуты, сапсаны и т.п.), производящие перелёты, охоту на высотах современных ветроустановок 100-200 м. Именно этим видам уделялось особое внимание при оценке возможности использования ветропотенциала посёлков Северной Якутии.
Поселок Походск, входящий в КОТР «Дельта Колымы», расположен на приморской равнине с многочисленными мелководными озёрами. Строительство ВЭС здесь будет затруднено одновременно и инженерно-геологическими условиями, и наличием большого количества охраняемых видов околоводных и водоплавающих птиц. Поселки Чокурдах и Русское Устье расположены на КОТР «Кыталык». Оба поселка размещаются на высокой аллювиальной террасе р.Индигирка, что говорит о более благоприятных локальных инженерно-геологических условиях (отсутствие заболоченных низменностей и мелких озёр в непосредственной близости от поселков). Вышеупомянутые поселки не находятся в пределах границ резервата республиканского значения «Кыталык». Однако имеют в своей близости участки данного резервата с возможными местами гнездования редких видов птиц. Виды, распространенные на территории (стерх, сапсан и др.) особо уязвимы к объектам ветроэнергетики, и использование ветро-установок здесь должно сопровождаться обязательными орнитологическими наблюдениями [14]. Также в сложном орнитологическом районе расположен поселок Нижнеянск в КОТР «Дельта Яны и река Сюрюктях». Условия строительства здесь ВЭС также осложняются сильными ежегодными разливами р.Яна. Хотя непосредственно сами энергетические объекты могли бы внести вклад в развитие стратегического порта, расположенного на территории посёлка. Поселок Сиктях, фактически находящийся вне границ КОТР «Муна-Бесюке», также отнесён к территориям с высокой уязвимостью птиц ввиду расположения в его близости большого количества островов (входящих в КОТР «Муна-Бесюке»), на которых могут отдыхать во время пролётов над р.Леной и гнездиться птицы .
Для оценки перспектив энергоснабжения изолированных населенных пунктов Республики Саха (Якутия) за счет использования ветроэнергетических ресурсов было проведено сравнение динамики изменения энергопотребления поселков и графиков выработки электроэнергии для расчетного количества ВЭУ в течение года. На рис. 2 приведены графики изменения энергопотребления и расчетной выработки электроэнергии для поселков Таймылыр и Найба при варианте строительства 3 ВЭУ. В зимние месяцы (январь-март) для поселка Таймылыр выработка электроэнергии существенно ниже потребления электроэнергии, в то время как в остальное время года графики весьма близки. Для поселка Найба, расположенного на значительном расстоянии к юго-востоку от поселка Таймылыр, отмечена иная тенденция: если в первой половине года выработка электроэнергии на ВЭУ ниже потребности в электроэнергии, то с июня и до конца года - потребление электроэнергии может быть полностью обеспечено вырабатываемой ВЭУ энергией. Представленные расчеты могут служить основанием для оценок необходимой мощности дублирующих дизельных установок и емкости накопителей электроэнергии. Однако необходимо указать, что для использования ветроэнергетических ресурсов в данной зоне необходимы отечественные разработки и производство ВЭУ небольшой мощности в арктическом исполнении в связи с высокими рисками ураганных ветров, образования наледи на лопастях и проблем со смазочными материалами [15].
Табл. 3. Характеристика ключевых орнитологических территорий Северной Якутии, в зону которых попадают перспективные для ветроэнергетических проектов поселки*
Поселки с высоким потенциалом использования ветровой энергии
Наименование КОТР и его описание
Площадь КОТР, га (% от площади) и его природоохранный статус_
Село По-ходск.
Население 150 человек. Основной вид занятости -рыболовство. Переработка рыбы затруднена нехваткой энергетических мощностей. Дизельное топливо завозится в село по реке из пос.Черский.
Дельта Колымы
Большая дельта с протоками и многочисленными мелководными озерами. Низкая равнина с участками приморских тундр и галофитными лугами в северной части сменяется южнее гипоарктиче-скими тундрами полигональными болотами и травяными речками с бордюрными зарослями ивняков. Место крупных скоплений на гнездовье, линьке и в созданного в 2002 г. период миграций многих видов водоплавающих и околоводных птиц, в т.ч. малого лебедя, сибирской гаги, канадского журавля, клоктуна, розовой чайки.
1295000 (около 35%)
КОТР частично охраняется в пределах ресурсных резерватов республиканского с значения «Чайгу-рино» (участок «Чукочья»), созданного 1982 г., и «Колыма-Корэн».
Поселки Чо-курдах и Русское Устье.
Основной вид занятости - рыболовство. В пос. Устье переработка рыбы затруднена нехваткой энергетических мощностей.
Кыталык
Участок Яно-Индигирской низменности в Аллаиховском улусе республики Саха. Озерные и речные системы, осоковые и осоково-пушициевые болота, полиго-нально-валиковые тундроподобные комплексы.
В пределах КОТР располагаются два из трех очагов воспроизводства восточной популяции стерха (примерно 2/3 ресурсного мировой гнездовой популяции). Места концентрации на гнездовании, линьке и пролете других водоплавающих и околоводных птиц. Обитают сапсан, канадский журавль, розовая чайка, американская казарка, пискулька, сибирская и очковая гаги, клоктун._
5000000 (около 80%)
Значительная часть КОТР охраняется в границах ресурсного резервата республиканского значения «Кыталык» (6 участков площадью 2598595 га) и ресурсного резервата «Кыталык» местного значения (2 участка площадью 1472004 га).
Поселок городского типа Нижне-янск.
В поселке -стратегический порт «море-река», через который происходит снабжение сел, расположенных на р.Яна. Развитие инфраструктуры и потребность в новых источниках энергии возможна за счёт развития близлежащих месторождений. Рассматривается строительство АЭС.
Дельта Яны и река Сюрюктях
Полоса заболоченной приморской равнины в дельте р.Яны с системой проток, соленых и пресноводных озер и прилегающий к ней на востоке участок Яно-Ин-дигирской низменности. Крупное место концентрации водно-болотных птиц на гнездовании и линьке (не менее 200 тыс. водоплавающих птиц). Район важен для сохранения стерха, канадского журавля, черной казарки, малого лебедя, сибирской и очковой гаг. Гнездится ок. 14% мировой популяции розовой чайки.
2105000
(около 20- 25%)
Часть КОТР охраняется в пределах ресурсного резервата республиканского значения «Дельта Яны» (321016 га, создан в 1999 г.).
Поселок Сиктях. Основной вид занятости - рыболовство, оленеводство, охота.
Муна-Бесюке
Расширяющийся участок долины Нижней Лены перед «Ленской Трубой» - система островов с многочисленными озерами и протоками. Места массового пролета и остановок водоплавающих и околоводных птиц, высокой плотности гнездования беркута (до 10 гнезд), ор-лана-белохвоста (до 15 гнезд), серебристой чайки, других видов колониальных, протоколониальных и одиночно-гнездящихся птиц, формирующих здесь уникальные крупные поливидовые агрегации. Через КОТР проходит один из основных потоков весеннего и осеннего пролета птиц, в т.ч. пискульки._
550000 4%)
(около
Созданный в 2000 г. республиканский ресурсный резерват «Муна», расположенный преимущественно вне Ленской
поймы, охватывает не более 4% выделенной КОТР в ее южной части.
*(Табл.3. составлена авторами на основе данных проекта «Ключевые орнитологические территории России» https://котр.рф/, анализа космических снимков высокого разрешения и открытых источников в сети Интернет)
пос.Таймылыр
-расчетная выработка
50 электроэнергии
-среднемесячное потребление
0 электроэнергии
1 2 3 4 меяцыб 7 8 9 10 11 12
Рис.2. Сравнение среднего месячного энергопотребления и расчетной выработки электроэнергии ветроустановок Komai Haltec KWT-300 в течение года для поселков Таймылыр и Найба
Проблемы сезонного накопления при энергоснабжении крупных населенных пунктов Якутии в перспективе могут быть решены также с привлечением производства «зеленого водорода», поскольку наблюдаются значительные периоды избыточной выработки электроэнергии на ветропарках по сравнению с графиками энергопотребления [16-17].
5 Заключение
Проведенные исследования по оценке перспектив энергоснабжения Республики Саха (Якутия) с использованием ветроэнергетических ресурсов показали высокую пространственную изменчивость распределения ресурсов. Максимальные среднегодовые значения КИУМ (более 15-20%) и удельного потенциала электрогенерации ветроэнергетической установки Komai Накес KWT300 (более 1500 кВт-ч/кВт) характерны для территорий севернее 68° с.ш., на остальной территории республики при высоком потенциале ресурсов солнечной энергии потенциал развития ветроэнергетики крайне низок. На основе имеющихся данных
06 энергопотреблении в изолированных северных поселках проведены расчеты необходимого количества ветроустановок для замены дизель-генераторов, что необходимо в связи с очень высокой стоимостью доставки топлива и поддержания экологического баланса в Арктической зоне Российской Федерации. В качестве важного ограничивающего фактора использования ветроэнергетических ресурсов в этой зоне учтено наличие КОТР, являющихся местами обитания и гнездования перелетных птиц, что существенно сократило количество перспективных площадок для развития ветроэнергетики. Многофакторный анализ с использованием ГИС-технологий позволил выделить 11 перспективных поселков для строительства ветроэнергоустановок. Сопоставление данных об энергопотреблении и расчетной выработке ветроэнергоустановок для изолированных поселков по годовому ходу покрытия нагрузки показало существенные внутригодовые расхождения. В связи с высоким уровнем внутригодовой изменчивости выработки электроэнергии на ВЭУ для устойчивого энергоснабжения удаленных населенных пунктов в зоне децентрализованного энергоснабжения потребуется дублирование мощностей ВЭУ дизель-генераторами, как и при работе СЭС в Якутии. Автономная работа ветроэнергетических комплексов для энергоснабжения Республики Саха (Якутия) требует аккумулирования энергии по суточным и сезонным графикам.
Авторы выражают благодарность в.н.с. ОИВТ РАН, к.т.н. Фриду С.Е. за предоставленные данные о производительности фотоэлектрических модулей.
Работа выполнена в рамках государственного задания №121051400082-4.
Литература
1. Климат России. Под. ред. Н.В. Кобышевой. СПб.:Гидрометеоиздат, 2001
2. Научно-прикладной справочник по климату СССР, серия 3, ч.1-6, вып. 24, Л.: Гидро-метеоиздат, 1989
3. ГИС «Возобновляемые источники энергии России» https://gisre.ru/map-sunres/?surface=gor&period=summer
4. Официальный сайт АО «РАО Энергетические системы Востока» https://rao-esv.ru/activity/renewable-energy/solar-power/
5. Официальный сайт ПАО «РусГидро» https://rushydro.ru/activity/production/solnechnaya-generatsiya/
6. Инвестиционная программа АО «СахаЭнерго» 2023-2027. Приказ Минэнерго России от 10.10.2022 № 6. https://gipro.su/base/investicionnaya-programma- sakhaenergo-page-4/
7. Программа модернизации объектов локальной генерации на территории Дальневосточного федерального округа. Утверждена Правительством Российской Федерации 10 июня 2024г.
8. NASA POWER database https://power.larc.nasa.gov
9. ГИС «Возобновляемые источники энергии России» https://gisre.ru/winddata/winddatabase/
10. S.V.Kiseleva, N.V.Lisitskaya, O.S., Yu.Yu.Rafikova et al. Thermal Engineering, 70 (2023), 939-949.
11. Martínez-Martínez, J. Dewulf, and Y. Casas-Ledón. Renewable Energy 182, 363-376 (2022).
12. Santoli, F. Mancini, and D. A. Garcia. Sustainable Cities Soc. 46, 101413 (2019).
13. Геоинформационная база пространственных данных по ключевым орнитологическим территориям России, 2023. Союз охраны птиц России, 2023.
14. Рафикова Ю. Ю., Потанский В. Г. О воздействии объектов ветроэнергетики на орнитофауну // Географические и геоэкологические исследования в решении региональных экологических проблем: Материалы Всероссийской научно-практической конференции Вопросы региональной географии, геоэкологии и биогеографии, Рязань, 22-24 ноября 2017 г. — Издательство РГУ имени С.А. Есенина Рязань: 2017. — С. 93-97.
15. Нефедова Л. В., Соловьев А. А. Новые вызовы и риски на пути развития распределенной энергогенерации в Арктическом регионе России // Энергетическая политика. — 2018. — № 4. — С. 99-108.
16. S.V.Kiseleva. A.B.Tarasenko, ISJAEE, 19-21 (2018)
17. A.M. Elberry, J. Thakur, J. Veysey J. Energy Storage, 44, 103474 (2021)
References
1. Climate of Russia. Ed. by N.V. Kobysheva. St. Petersburg: Gidrometeoizdat, 2001
2. Scientific and applied reference book on the climate of the USSR, series 3, parts 1-6, issue 24, L.: Gidrometeoizdat, 1989
3. GIS "Renewable Energy Sources of Russia" https://gisre.ru/map-sunres/?surface=gor&pe-riod=summer
4. Official website of JS «RAO Energeticheskie sistemy Vostoka» https://rao-esv.ru/activ-ity/renewable-energy/solar-power/
5. Official website of PJSC RusHydro. https://rushydro.ru/activity/production/solnechnaya-generatsiya/
6. Investment program of «SAKHAENERGO» JSC 2023 - 2027. https://gipro.su/base/inves-ticionnaya-programma-sakhaenergo-page-4/
7. Program for the modernization of local generation facilities in the Far Eastern Federal District. Approved by the Government of the Russian Federation on June 10, 2024
8. NASA POWER database https://power.larc.nasa.gov
9. GIS "Renewable Energy Sources of Russia" https://gisre.ru/winddata/winddatabase/
Журнал «Окружающая среда и энерговедение» (ОСЭ) №4(2024)
10. S.V.Kiseleva, N.V.Lisitskaya, O.S.Popel', Yu.Yu.Rafikova et al. Thermal Engineering, 70 (2023), 939-949.
11. Martínez-Martínez, J. Dewulf, and Y. Casas-Ledón. Renewable Energy 182, 363-376 (2022).
12. Santoli, F. Mancini, and D. A. Garcia. Sustainable Cities Soc. 46, 101413 (2019).
13. Geoinformation database of spatial data on Important Bird Areas of Russia, 2023. Russian Bird Conservation Union, 2023.
14. Rafikova Yu. Yu., Potansky V. G. On the impact of wind power facilities on the avifauna // Geographical and geoecological studies in solving regional environmental problems: Proceedings of the All-Russian scientific and practical conference Issues of regional geography, geoecology and biogeography, Ryazan, November 22-24, 2017. - Publishing House of RSU named after S.A. Yesenin Ryazan: 2017. - P. 93-97.
15. Nefedova L. V., Soloviev A. A. New challenges and risks on the way to the development of distributed energy generation in the Arctic region of Russia // Energy policy. - 2018. - No. 4. - P. 99-108.
16. S.V.Kiseleva. A.B.Tarasenko, ISJAEE, 19-21 (2018)
17. A.M. Elberry, J. Thakur, J. Veysey J. Energy Storage, 44, 103474 (2021)
Decentralized Electricity Generation Using Renewable Energy Sources in the Republic of Sakha (Yakutia): Potential, Status, Prospects
1 Liudmila Nefedova, 2 Yulia Rafikova
Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia, E-mail: 1 [email protected], 2 [email protected]
Abstract. The problems of energy supply of decentralized power zones and climatic features of Yakutia, causing differences in the distribution of solar and wind energy resources potential across the republic, are considered. Trends in the development of solar energy resources in recent years are shown. An analysis of the possibilities of attracting wind energy resources to provide electricity in the Arctic Circle of Yakutia is carried out. The modeling data of the KomaiHaltec KWT300 wind turbine performance using the NASA SSE climatic base served as the basis for assessing the specific wind energy potential in the republic. Using GIS tools, zones with the highest values of the capacity factor are identified. For some settlements in this zone, calculations of the prospects for autonomous power supply are made based on energy consumption data. When assessing, ornithological restrictions for the use of wind turbines in the northern part of Yakutia are taken into account. Calculations made it possible to identify 11 settlements where the use of wind energy to supply energy to isolated settlements in the North of Yakutia is most promising.
Keywords: renewable energy resources, wind energy potential, decentralized energy supply, energy consumption, ornithological territories
Acknowledgements
The work was carried out within the framework of state assignment No. 121051400082-4.
