Анализ развития и использования приоритетных видов возобновляемых источников энергии в энергетике Узбекистане

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассмотрены виды энергий, их влияние на окружающую среду, предпосылки для развития и использования возобновляемых источников энергии(ВИЭ) в энергетике. Рассмотрены потенциалы развития и состояние использования приоритетных видов ВИЭ в Узбекистане.

ABSTRACT

This article examines the types of energies, their impact on the environment, the prerequisites for development and use of renewable energy sources(RES) in the energy sector. Considered the development potential and the state of use of priority RES in Uzbekistan.

Ключевые слова: энергетика, возобновляемые источники энергии, биогазовая энергетика, ветроэнергетика, солнечная энергетика, станции, солнечная энергия, фотоэлектрические преобразователи.

Keywords: energy sector, renewable energy, biogas energy, wind energy, solar energy, stations, solar energy, photovoltaic converters.

Энергетика в настоящее время является самым приоритетным направлением инженерной науки, которая занимается преобразованием, передачей, хранением и использованием энергии. История цивилизации всего человечества связана с потреблением энергии самых разных видов. Основной особенностью современного мира является увеличение энергопотребления во всех сферах общественной жизни.

Производство электрической энергии использованием традиционных источников энергии в виде полезных ископаемых (уголь, газ, нефть) приводит к загрязнению окружающей среды из-за выбросов в атмосферу углекислых газов. Увеличение концентрации СО2 в атмосфере приводит к глобальному изменению климата и образованию парникового эффекта и как следствие к возможным экологическим катастрофам [5].

В связи с этим использование в энергетике экологически чистых возобновляемых источников энергии является актуальной и приоритетной задачей. Возобновляемыми источниками энергии являются солнечная, ветровая, гидроэнергия, биогазовая энергия, геотермальная, энергия волн и течений морей и океанов. Большинство видов возобновляемых источников энергии (ВИЭ) являются производными от солнечного воздействия. Как, например появление ветров вследствие изменения температуры и давления атмосферного воздуха, образования гидроресурсов за счет испарения из морей и океанов [1].

По статистическим данным мировой энергетики доля выбросов СО2 в общем соотношении используемого ресурса топлива составляет следующий баланс. Уголь 44%, нефть 33 %, природный газ 23% (рис.1) [11].

Рисунок 1. Соотношение долей выбросов СО2 по видам топлива

Как показывает вышеприведенный аналитический материал, производство электроэнергии с использованием традиционных источников энергии оказывает существенное воздействие на окружающую среду. Все это в целом создает необходимые предпосылки для внедрения энергосберегающих и эффективных технологий, развития экологически чистых и безвредных видов энергии. В связи с этим актуальной задачей энергетики в настоящее время становится переход и увеличения доли использования возобновляемых источников энергии, которые являются экологически чистыми и безвредными для окружающей среды.

По данным мировой энергетики, соотношение источников энергии в мировом производстве электроэнергии в 2018 году составил следующих показателей: возобновляемые источники энергии(ВИЭ) 26%, в том числе доля солнечной энергетики (СЭ) 3%, доля ветровой энергетики (ВЭ) 6%, остальные виды ВИЭ 17%, традиционные источники энергии(ТИЭ) – 74% (рис2.).

Рисунок 2. Соотношение видов ВИЭ и ТИЭ в мировом производстве электроэнергии

В общем мировом энергобалансе рост доли ветровой и солнечной энергии с каждым годом увеличивается и в 2018 году рост составил 7,5% [11].

Потребление и спрос на электроэнергию как по всему миру так и по республике Узбекистан растет с каждым годом. Причина тому интенсивное развитие промышленности, производственных, строительных и других отраслей страны, рост населенных пунктов и инфраструктурных объектов потребляемых электроэнергию. Удельная доля возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в общем объеме генерации электроэнергии Узбекистана к настоящему времени составляет 10% [13]. Остальные 90% электроэнергии приходит на долю традиционных источников энергии (ТИЭ) (рис.3).

Рисунок 3.Соотношение ВИЭ и ТИЭ в производстве электроэнергии в Узбекистане

Согласно постановлению Президента РУз ПП-4422 от 22.08.2019г, долю возобновляемых источников энергии в общем объеме генерации поручено к 2030 году увеличить до уровня 25%, в том числе на период 2020-2030гг, намечены прогнозы увеличения долей генерации электроэнергии и генерирующих мощностей по ВИЭ в следующем соотношении: по гидроэнергетике увеличение мощностей до 1487,6 мВт, что в общем объеме генерации составляет 11,2%, по солнечной энергетике увеличение мощностей до 4300 мВт, что в общем объеме генерации составляет 8,8%, по ветряной энергетике увеличение мощностей до 1600 мВт, что в общем объеме генерации составляет 5% [9]. Благодаря потенциала водных ресурсов в географическом расположении республики и накопленного опыта сооружения и эксплуатации гидроэлектростанций(ГЭС), существенное развитие ВИЭ достигается по гидроэнергетике, за счет ввода мощностей малых и каскадных ГЭС, с применением современных гидроагрегатов. Кроме этих видов ВИЭ в республике имеются потенциалы для освоения использования геотермальной и биогазовой энергетики. Геотермальная энергия в виде геотермальных вод по регионам республики в основном используются в бальнеологии лечебно-профилактических санаториях и больницах. Петротермальные запасы распространены в основном в подземных горных породах Ферганской долины [10]. Для использования данного вида энергии требуется разработка природно-охранных регламентов и глубокие изучения в плане технико-технологического освоения.

Биогазовая энергетика является одним из перспективных направлений развития ВИЭ с точки зрения обеспечения безотходности производства, решения экологической задачи по переработке твердых бытовых отходов. Интенсивное развитие в регионах республики Узбекистан животноводства, птицеводства, сельского хозяйства создает предпосылки для переработки органических отходов с применением биогазовой энергетической технологии, которые позволяют обеспечить автономное снабжение электрической, тепловой энергией, теплом самих хозяйств, расположенных отдаленно от централизованных электрических сетей. А переработанные отходы использовать в качестве удобрений для повышения плодородности земель [2]. За прошедшие годы на фермерских хозяйствах Наманганской, Андижанской, Хорезмской, Сырдарьинской и Ташкентской областях по программам ПМГ ГЭФ и ПРООН были созданы проекты биогазовых установок различных мощностей для переработки отходов животноводства и птицеводства [8]. В настоящее время в правительственных программах республики прорабатываются программы по концепции глубокого развития биоэнергетики.

Методология расчета биогазовых установок предусматривает расчет и определение технологической схемы, конструктивно-технологических параметров установки, объема биогаза, вырабатываемой энергии, тепла, показателей энергетической эффективности установки. Построение биогазовых энергетических станций включает комплексные расчеты по определению системы подготовки сырья, биомассы, биогазовой установки, мощность станции, потребляемые нагрузки, сопряжение параметров при необходимости интегрирования в локальную электрическую сеть, а также обеспечения безопасности работы станций.

Благодаря экологической чистоте, мобильности станций, быстротой возведения, возможности автономного пользования и других многочисленных преимуществ среди видов ВИЭ, ветроэнергетика и солнечная энергетика являются перспективными направлениями развития энергетики и находят более широкое применение в мировой энергетике.

В республике Узбекистан также начались масштабные работы на основании намеченных мер по освоению технологий и практическому использованию этих приоритетных видов ВИЭ. Поэтапно рассмотрим состояние использования в Узбекистане ветровой и солнечной видов ВИЭ. К настоящему времени введена в эксплуатацию ветроэнергетическая станция мощностью 750 кВт в Ташкентской области. В перспективе на условиях государственно-частного партнерства планируется построить ветроэнергетические станции мощностью 100 мВт вблизи Нукуса в Каракалпакстане и мощностью 200 мВт вблизи Зарафшана Навоийской области. Также планируется на условиях государственно-частного партнерства построение солнечных фотоэлектрических станций (СФЭС) мощностью 100 мВт в Карманинском районе Навоийской области, мощностью 100 мВт в Нурабадском районе Самаркандской области. Наряду с перспективными планами до настоящего времени введены в эксплуатацию СФЭС автономного типа мощностью 1,2 мВт, в Кандымском газоперерабатывающем комплексе Каракульского района Бухарской области, а также успешно эксплуатируются в разных регионах республики несколько СФЭС суммарной мощностью 317 кВт, интегрированные с локальной электрической сетью для обеспечения собственных нужд организаций    [10; 13].  

Ветровая энергетика также имеет большой потенциал, благодаря географическому кадастру и климатическим условиям республики Узбекистан. Как известно, ветроэлектрическим установкам для выработки электроэнергии минимально необходимая скорость ветра должна быть в пределах 3-4 м/с. Как приводится на карте ветров Узбекистана (рис.4) [6], скорость ветров по регионам республики возрастает с 3,3 м/с до 24,4 м/с, что позволяет использовать потенциальную возможность регионов для локализации ветровых электростанций.

Рисунок 4. Карта ветров Узбекистана

Здесь особенность задачи использования ветровой энергии заключается в нестабильности и резкости климатических погодных условий. Как известно, резкие превышения скоростей ветров в отдельных регионах предельно-допустимого значения, могут приводит к выходу из строя ветроэнергетических установок, возгоранию генераторов ветряных установок. В связи с этим построение ветровых электрических станций требует изучения ряда технических вопросов, касающихся определения местности, составления ветроэнергетического кадастра, расчета параметров ветровых установок, мощности станций согласно потребляемой нагрузки, обеспечения безопасности работы системы. Учитывая случайный характер ветров, необходимо провести расчет энергетических параметров на стабильность и устойчивость системы при интегрировании в локальную электрическую сеть.

Среди намеченных ВИЭ солнечная энергия в Узбекистане имеет наибольший потенциал развития, о чем свидетельствует карта солнечного ресурса(рис.5) [7].  Дневные значения уровня инсоляции возрастает с 3,6 до 4,6 кВт-час/м2. Данные показывают, что Узбекистан имеет огромный потенциал солнечного ресурса. Число безоблачных дней по республике в среднем составляет 250-270, продолжительность солнечного сияния составляет 2850-3050 часов в году [10].

Рисунок 5. Карта солнечного ресурса Узбекистана

В связи с этим задачи по развитию и широкого использования солнечной энергии в Узбекистане являются более актуальными и перспективными. Существуют различные технологические способы для использования и преобразования солнечной энергии, применением которых можно производить достаточно большой объем тепловой и электрической энергии.

Использование солнечной энергии могут осуществляться следующими основными установками и способами [3; 12]:

• Солнечные водонагревательные установки (коллекторы), в которых нагревается теплоноситель, вода, воздух. Такие установки широко применяются для теплоснабжения и горячего водоснабжения.
• Солнечные электростанции, в которых солнечная энергия концентраторами различного вида направляется на приемную поверхность для образования пара, который вращает турбины, вырабатывающие электроэнергию (рис.6) [3].

Рисунок 6. Солнечная электростанция башенного типа

• прямое преобразование солнечного излучения в электричество посредством фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), построенных на основе полупроводниковых материалов.

Все приведенные технологии, энергетические установки для использования и преобразования солнечной энергии могут быть успешно применены в климатических условиях Узбекистана.  

Вышеприведенный краткий анализ развития и использования приоритетных видов ВИЭ в Узбекистане показывает потенциальные возможности существующих ресурсов для применения в производстве тепловой и электрической энергии. Для эффективного использования энергетических ресурсов, эффективной эксплуатации энергетических станций на основе ВИЭ, необходимо проводить методологические, технико-экономические и научно-технические исследования опытных энергетических установок с использованием ВИЭ, развивать навыки и знания кадров и специалистов. В ряде ВУЗ Узбекистана, в том числе и в ТГТУ им.И.Каримова осуществляются учебно-лабораторные, научно-исследовательские работы на модулях энергетических установок с использованием ВИЭ, позволяющие решать данные задачи. Учеными научно-исследовательских институтов республики, особенно фундаментально в ФТИ АН РУз, ведутся глубокие исследования по использованию солнечной энергии, созданию высокоэффективных установок для солнечной энергетики, полупроводниковых технологий для ФЭП. Одно из наиболее редких установок использующих технологию концентрирования солнечной энергии в виде Большой Солнечной Печи (БСП) тепловой мощностью 1000 кВт в Паркентском районе Ташкентской области была запущена в эксплуатацию в 1987г., на территории Института материаловедения НПО «Физика-Солнце» АН РУз(рис.7).

Рисунок 7. Большая солнечная печь

БСП является уникальным сооружением для экспериментальных исследований и промышленного производства износостойких и теплостойких материалов [4]. Подробное рассмотрение обзорной информации, теоретических, научно-практических исследований и актуальных задач солнечной энергетики будем приводит в последующих публикациях.

Список литературы:
1. Безруких П. Возобновляемая энергетика: сегодня-реальность, завтра необходимость. М.:Лесная страна, 2007.-120 с.
2. Белгородский институт альтернативной энергетики. Энергия биомасс. Электронный ресурс. http://www.altenergo-nii.ru/renewable/biomass. Дата обращения 18.03.2020г.
3. Бессель В. В., Кучеров В. Г., Мингалеева Р. Д. Изучение солнечных фотоэлектрических элементов: Учебно-методическое пособие. – М.: Издательский центр РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 2016. – 90 с.
4. Большая солнечная печь Узбекистана/Экология:Фото,Туризм, Узбекистан-Sreda.uz. Электронный ресурс. https://sreda.uz/ дата обращения 02.04.2020г
5. В.Ф.Гременюк, М.С. Тиванов, В.Б.Залесский, Солнечные элементы на основе полупроводниковых материалов. Минск: Изд. Центр БГУ, 2007. - 222 с. ил., табл.
6. Карта ветров Узбекистана. Электронный ресурс. https://www.google.com/search =карта+ветров+узбекистана&rlz.Дата обращения 18.03.2020г.
7. Карта солнечных ресурсов Узбекистана. Электронный ресурс. https://www.google.com/search =карта+солнечной+инсоляции+узбекистана&source. Дата обращения 18.03.2020г.
8. Перспективы развития биогазовых технологий в Узбекистане. 22.05.2013г. Электронный ресурс. http://www.unece.org. Дата обращения 20.03.2020г.
9. Постановление Президента Республики Узбекистан N- ПП-4422 от 22.08.2019г., «Об ускоренных мерах по повышению энергоэффективности отраслей экономики и социальной сферы, внедрению энергосберегающих технологий и развитию возобновляемых источников энергии». Электронный ресурс. http://nrm.uz. Дата обращения 10.03.2020г.
10 Развитие возобновляемой энергетики в Узбекистане: современное состояние, проблемы и пути их решения. Н.Матчанов. Ташкент, 2019г. Международный институт солнечной энергии – CAREC. Электронный ресурс. https://www.carecprogram.org›. Дата обращения 18.03.2020г.
11. Статистический ежегодник мировой энергетики 2019. Электронный ресурс. https://yearbook.enerdata.ru/renewables/renewable-in-electricity-productioncombustion.Дата обращения 24.02.2020г.
12. Технология использования солнечной энергии в различных климатических зонах (широтах) Мира. Автор: Осадчий Г.Б., 30.07.2012. Электронный ресурс. https://FacePla.net/ дата обращения 24.03.2020г
13. Увеличение доли возобновляемой энергии — поэтапный процесс, требующий инвестиции. Электронный ресурс. https://minenergy.uz/ru/news/view/330. Дата обращения 10.03.2020г.