CC BY
5УДК 621
ПЛАВУЧИЕ СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
ГЕЛЬМАНОВА ЗОЯ САЛИХОВНА
Профессор, Карагандинский индустриальный университет, Темиртау, Казахстан
ШИШКАНОВ СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ
Магистрант, Карагандинский индустриальный университет, Темиртау, Казахстан
Аннотация. Плавучие солнечные электростанции (ПСЭ) представляют собой инновационное решение в области возобновляемой энергетики, сочетающее использование солнечной энергии и водных поверхностей. Данный обзор охватывает основные аспекты проектирования, эксплуатации и экономической целесообразности ПСЭ. Рассматриваются примеры реализации ПСЭ в мире и перспективы их внедрения в Казахстане. Особое внимание уделено условиям и преимуществам использования водоемов, а также анализу экологических и технических аспектов.
Ключевые слова: Плавучие солнечные электростанции, солнечная энергия и водные поверхности.
Актуальность темы обусловлена глобальными климатическими изменениями и необходимостью перехода на возобновляемые источники энергии. В условиях ограниченности земельных ресурсов плавучие солнечные электростанции позволяют эффективно использовать водные пространства, минимизируя конкуренцию за землю. Для Казахстана, с его крупными водохранилищами и растущими требованиями к энергетической диверсификации, развитие ПСЭ открывает перспективы снижения углеродного следа и увеличения доли зеленой энергии в национальном балансе[1].
Практическая значимость заключается в возможности применения результатов исследования для разработки проектов плавучих солнечных электростанций в Казахстане. Реализация таких проектов способствует повышению энергоэффективности, решению проблем дефицита энергии в удаленных регионах и рациональному использованию водных ресурсов.
Плавучие солнечные электростанции (ПСЭ) — это солнечные панели, размещенные на водных поверхностях, таких как водохранилища, озера и каналы. ПСЭ позволяют эффективно использовать водные ресурсы и минимизировать потребность в земле, что особенно актуально для стран с ограниченными территориями. В последние годы их популярность растет благодаря ряду преимуществ: увеличению производительности за счет охлаждения панелей водой, снижению испарения воды и возможности интеграции с гидроэлектростанциями[2-4].
Международный опыт реализации ПСЭ.
Япония является одним из мировых лидеров в разработке ПСЭ из-за ограниченности земельных ресурсов. Примером является плавучая электростанция YamakuraDam, мощностью 13,7 МВт. Используются высокоэффективные панели и конструкции из легких материалов, устойчивые к климатическим условиям[4,5].
Китай строит крупнейшие ПСЭ в мире, такие как проект в провинции Аньхой мощностью 150 МВт. В стране активно внедряют технологию на бывших угольных шахтах, что помогает рекультивации территорий и обеспечению энергией крупных городов.
Индия запускает ПСЭ на водохранилищах и каналах, например, проект на реке Нармаде мощностью 100 МВт. Это позволяет решить проблему дефицита энергии в сельских регионах и минимизировать испарение воды.
В Нидерландах развивается проект Zonnepark Bomhofsplas, включающий 18 МВт ПСЭ. Уникальной особенностью является плавающая структура, рассчитанная на сильные ветровые нагрузки.
ПСЭ интегрируются с гидроэлектростанциями, что позволяет максимально использовать инфраструктуру. В проекте Sobradinho Dam солнечная энергия дополняет гидроэлектрогенерацию в сезон засухи.
Казахстан обладает огромным потенциалом для внедрения ПСЭ благодаря: большому количеству водохранилищ (Шардаринское, Бухтарминское); высокой солнечной активности, особенно в южных регионах; интересу правительства к переходу на возобновляемую энергетику в рамках стратегии «Зеленая экономика»[6].
На сегодняшний день плавучие солнечные станции в Казахстане находятся в стадии обсуждения. Исследования, такие как работы Сарыбаева А. Т., предлагают проекты для водохранилищ южных областей. Например: Шардаринское водохранилище, где применение ПСЭ может сократить испарение воды и обеспечить энергией ближайшие регионы. СЭС в Сарань (не плавучая, но перспективный проект), демонстрирует опыт эффективной эксплуатации солнечных технологий[7].
Центральная Азия. В регионе пока нет крупных реализованных проектов, однако активный интерес наблюдается в Узбекистане, где планируется строительство ПСЭ на Аральском море для стабилизации экосистемы региона. Также Таджикистан обсуждает возможность интеграции ПСЭ с гидроэлектростанциями.
Преимущества и вызовы внедрения ПСЭ.
Преимущества: более высокая производительность за счет охлаждения панелей водой; рациональное использование водоемов; снижение испарения воды; возможность совместного использования с гидроэлектростанциями.
Вызовы: высокие капитальные затраты (плавучие конструкции дороже стационарных); необходимость адаптации к климатическим условиям (устойчивость к ветру, льду); влияние на экосистему водоемов (например, снижение уровня кислорода в воде).
Рекомендации.
Пилотный проект: реализация малых ПСЭ (5-10 МВт) на крупных водоемах Казахстана для тестирования технологий и оценки экологических последствий.
Интеграция с гидроэлектростанциями: ПСЭ могут стать дополнением к Бухтарминской и Шардаринской ГЭС, особенно в периоды пикового энергопотребления.
Международное сотрудничество: использование опыта Китая и Японии, заключение контрактов с международными компаниями, такими как Ciel et Terre и Sungrow.
В Кыргызстане готовятся к реализации инновационного проекта, который станет первым в истории страны примером использования плавучих солнечных станций на Токтогульском водохранилище.
Этот проект, который, несомненно, привлечет внимание специалистов и общественности, имеет масштабные перспективы и может стать значительным шагом в развитии возобновляемой энергетики в Центральной Азии. Строительство плавучих солнечных станций на Токтогульском водохранилище станет новым этапом в освоении возобновляемых источников энергии в Кыргызстане. Ожидается, что первая станция будет занимать площадь около 6 квадратных километров, а в течение пяти лет общая площадь установок достигнет 12 квадратных километров, что составит примерно 5% от общей площади водохранилища (284 квадратных километра). Это амбициозная программа, которая потребует серьезных технических решений и значительных инвестиций.
Основная идея проекта заключается в установке на поверхности водохранилища специальных платформ, на которых будут размещены солнечные панели.
Эти панели предназначены для преобразования солнечного света в электрическую энергию. Сначала электричество будет передаваться по кабелям на подстанцию, а затем распределяться в электрическую сеть, обеспечивая стабильное энергоснабжение регионов.
Реализацию проекта возьмет на себя инвестиционная группа под руководством чешского акционерного общества «Sonnenenergie», которое уже имеет опыт в строительстве аналогичных плавучих станций. Компания Sonnenenergie заключила соглашение с
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
Министерством энергетики Кыргызстана, а также с «Зеленым фондом» и сетевым оператором НЭСК о начале строительства плавучей солнечной станции на Токтогульском водохранилище.
Инвестиции в проект составят около $1 млрд, что свидетельствует о серьезности намерений участников проекта и их уверенности в его успешной реализации. Вся реализация будет разделена на три этапа, что позволит распределить нагрузку и снизить риски.
Согласно подписанному договору, соглашение о покупке и продаже электроэнергии будет действовать в течение 25 лет до 2049 года, что создает прочные основы для долгосрочного сотрудничества между инвесторами и государством.
По мнению директора Фонда зеленой энергетики при кабинете министров Кундус Кырбашевой, данный проект является уникальным и представляет собой один из крупнейших в мире гибридных проектов в области возобновляемой энергетики.
Общая установленная мощность двух станций составит 2*620 МВт постоянного тока, что эквивалентно 2*500 МВА, с ожидаемой годовой выработкой 2*890 миллионов кВтч. В совокупности станции смогут производить около 1,785 миллиарда кВтч электроэнергии ежегодно.
Кроме того, инвесторы планируют внедрить систему накопления энергии с емкостью до 500 МВтч, что позволит поддерживать стабильность работы сети, снижать пиковые нагрузки и обеспечивать балансировку энергопотребления. Это особенно важно для страны, учитывая растущие потребности в электроэнергии и необходимость минимизации зависимости от традиционных источников энергии. Процесс создания плавучих солнечных станций включает несколько ключевых этапов. Сначала платформы и солнечные панели будут произведены и собраны на суше.
Платформы изготавливаются из материалов, способных плавать на воде, и на них монтируются солнечные панели. Затем собранные конструкции транспортируются к месту установки на водохранилище, где их аккуратно спускают на воду. Платформы будут удерживаться на месте с помощью якорей или специальных креплений, что обеспечит их стабильность и безопасность эксплуатации.
На поверхности водохранилища эти платформы будут функционировать в качестве плавучих станций, собирая солнечный свет и преобразуя его в электричество. Процесс генерации электроэнергии будет происходить в дневное время, когда солнечные панели максимально эффективны. Полученное электричество будет передаваться на подстанцию через кабельные линии, где напряжение будет повышаться для последующей передачи в электрическую сеть.
Проект строительства плавучих солнечных станций на Токтогульском водохранилище будет реализовываться в три этапа, начиная с апреля 2025 года. Ожидается, что общая продолжительность строительства составит около четырех лет, причем второй и третий этапы будут реализовываться параллельно.
В рамках первого этапа будет построено 620 МВт установленных мощностей, а также повышающая подстанция до 500 кВт и проложена линия электропередачи длиной 50 км. Эти работы начнутся в апреле следующего года и после завершения будут переданы на баланс сетевого оператора.
Второй этап включает строительство дополнительной солнечной электростанции мощностью 620 МВт и расширение подстанции, установленной в первой части проекта.
На третьем этапе будет построена капитальная станция мощностью 500 МВт, эксплуатация которой будет обеспечиваться за счет доходов от её работы.
Как отметил исполнительный директор АО «Sonnenenergie» Ян Зонненшайн, после завершения всех этапов строительства станция будет подключена к линии CASA-1000, проекту, который соединяет энергетические системы Кыргызстана, Таджикистана, Пакистана и Афганистана.
Для этого потребуется завершение строительства линии электропередачи Датка-Токтогул. После этого станция станет важным источником электроэнергии для региона и
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
сможет производить около 2 млрд кВтч в год, что позволит эффективно решать проблемы балансировки сетей.
Для реализации проекта планируется создание совместной компании, которая будет базироваться в городе Токтогул. Важной частью проекта станет также поддержка социальных программ в регионе.
В процессе строительства будут привлекаться местные рабочие, а также использоваться оборудование, произведенное в Кыргызской Республике.
По завершении строительства планируется создание не менее 50 постоянных рабочих мест для специалистов по электросетям и электроработам, что также поспособствует экономическому развитию региона.
Заместитель министра энергетики Нурлан Садыков объяснил принцип работы будущей гибридной станции.
В дневное время солнечная электростанция будет генерировать и поставлять электроэнергию в сеть, тогда как вечером и ночью в работу будет включаться гидроэлектростанция, используя накопленную воду.
Такая гибридная система позволит обеим станциям эффективно дополнять друг друга, обеспечивая стабильное и бесперебойное энергоснабжение. Станция станет уникальной благодаря своей быстрой установке и высокой мощности, а начало её эксплуатации планируется на 2026 год.
Проект строительства плавучих солнечных станций на Токтогульском водохранилище имеет также значительные экологические преимущества.
По словам Кундус Кырбашевой, одним из ключевых аспектов является сокращение испарения воды на территории электростанции. За счет покрытия 5% поверхности водохранилища можно будет сохранить значительное количество воды.
Кроме того, проект будет способствовать снижению температуры воды, что создаст более благоприятные условия для обитания животных, таких как рыбы и птицы. Еще одним положительным эффектом станет уменьшение объема производства на гидроэлектростанции, что позволит более эффективно использовать водные ресурсы.
АО Sonnenenergie — чешская компания, специализирующаяся на разработке и внедрении возобновляемых источников энергии.
Она предоставляет комплексные решения в области солнечной, ветровой и гидроэнергетики. Среди её значимых проектов можно выделить солнечные электростанции в Казахстане, а также многочисленные установки по всей Чехии.
Этот опыт позволит компании успешно реализовать амбициозный проект в Кыргызстане, сделав страну лидером в области возобновляемой энергетики в регионе.
Проект строительства плавучих солнечных станций на Токтогульском водохранилище в Кыргызстане является важным шагом на пути к устойчивому развитию и снижению зависимости от традиционных источников энергии.
Сочетание инновационных технологий и значительных инвестиций позволит реализовать его на высочайшем уровне, обеспечивая стабильное энергоснабжение и способствуя улучшению экологической ситуации в регионе.
Этот уникальный проект может стать примером для других стран, стремящихся к развитию возобновляемых источников энергии и устойчивому экономическому росту.
Кыргызстан обладает значительным потенциалом для развития возобновляемых источников энергии (ВИЭ), особенно гидроэнергетики, которая составляет около 90% производимой электроэнергии в стране. Тем не менее, в последние годы страна проявляет интерес к солнечной энергетике, что обусловлено:
• Растущей потребностью в диверсификации энергетики: Зависимость от гидроэнергии делает страну уязвимой к сезонным и климатическим изменениям.
• Высокой солнечной активностью: В среднем, солнечная радиация в Кыргызстане достигает 1500-1600 кВт-ч/м2 в год, что создает условия для эффективной работы солнечных панелей.
• Возможностью рационального использования водных ресурсов: Плавучие солнечные электростанции (ПСЭ) могут стать эффективным решением для водохранилищ и гидроузлов.
В Кыргызстане пока нет реализованных крупных проектов ПСЭ, однако страна делает первые шаги в этом направлении. Рассмотрим ключевые аспекты:
Иссык-Куль — одно из крупнейших озер в регионе, обладает огромным потенциалом для внедрения ПСЭ. Возможность установки солнечных панелей на его поверхности обсуждается в рамках международных энергетических инициатив. Исследования показывают, что использование 1% площади озера под ПСЭ может обеспечить электроэнергией до 200 тыс. домохозяйств.
Большинство гидроэлектростанций Кыргызстана связано с крупными водохранилищами, такими как Токтогульское. Эти водоемы могут быть использованы для размещения ПСЭ, что обеспечит дополнительную генерацию электроэнергии в летний период, когда снижается поток воды для ГЭС.
В рамках сотрудничества с международными организациями, такими как Asian Development Bank (ADB) и UNDP, разрабатываются пилотные проекты для интеграции ПСЭ. Например, ADB выделил грант для исследования потенциала ПСЭ на Токтогульском водохранилище.
Плавучие солнечные панели могут быть установлены рядом с существующими гидроэлектростанциями, такими как Камбаратинские ГЭС. Это позволит компенсировать сезонные колебания гидроэнергии, особенно в периоды маловодья.
Преимущества внедрения ПСЭ в Кыргызстане.
1. Энергетическая диверсификация.
ПСЭ могут стать важным компонентом энергетической стратегии страны, помогая снизить зависимость от гидроэнергии и ископаемых источников.
2. Экономия земельных ресурсов.
Учитывая гористый ландшафт Кыргызстана, использование водных поверхностей для солнечных станций снижает нагрузку на пригодные для сельского хозяйства и строительства земли.
3. Снижение испарения воды.
Установка ПСЭ на водохранилищах, таких как Токтогульское, может сократить потери воды от испарения, что особенно важно для региона с ограниченными водными ресурсами.
4. Международное финансирование.
Реализация ПСЭ открывает доступ к грантам и инвестициям от международных организаций, таких как Всемирный банк и GIZ.
Проблемы и вызовы.
Кыргызстан сталкивается с рядом природных и технических проблем:
Низкие зимние температуры и лед на водоемах требуют использования специальных материалов и технологий. Возможные ветровые нагрузки на озерах и водохранилищах. Внедрение ПСЭ требует значительных инвестиций, что может быть проблематично для экономики Кыргызстана.
Поскольку технология ПСЭ еще не развита в регионе, стране необходимо привлекать зарубежных экспертов и компании.
Кыргызстан обладает высоким потенциалом для внедрения плавучих солнечных электростанций, особенно в сочетании с гидроэнергетикой. Реализация первых проектов потребует международной поддержки, но может стать важным шагом к энергетической независимости и устойчивому развитию региона.
ЛИТЕРАТУРА
1. 2.
3.
4.
5.
6. 7.
Мусабаева Г. Ж., Кайржанов Д. А. Перспективы развития возобновляемой энергетики в Казахстане // Энергетика Казахстана. 2023.
ChoiY. K., Lee K. H., & Kim K. J. A study on major design elements for floating photovoltaic systems // Renewable Energy. 2021.
Liu H., Wei, Z., & Xu H. Economic and environmental analysis of floating solar power plants // Applied Energy. 2022.
Статья предлагает модель оценки экономической целесообразности и экологических эффектов плавучих солнечных станций.
Yamazaki T., Tanaka H. Floating PV systems in reservoirs: Case studies and future challenges // Journal of Solar Energy. 2023.
Singh R., Malhotra P. Floating solar plants: Technological advancements and operational insights // Energy. 2023.
Сарыбаев А. Т., Омарова Ж. М. Использование водоемов для развития возобновляемой энергетики // Инновации и технологии. 2022.
Бекбаев М. Е., Оспанов А. Б. Анализ гидрологических параметров для размещения плавучих солнечных станций // Техническая наука и инновации. 2023.
