На первый взгляд, идея использования солнечных электростанций в Арктике не имеет смысла. В условиях холодного климата и долгой полярной ночи они кажутся бесполезными. Тем не менее, получить доступ к недорогой энергии в тысячах километров от ближайшей ЛЭП — заманчивая перспектива. Давайте попробуем разобраться.
Возможности применения солнечных электростанций в Арктике
Изучая карту распределения солнечной радиации, мы можем с уверенностью сказать, что зимой в Арктике солнечного света очень мало и солнечные электростанции не смогут производить электричество. Поэтому если и использовать солнечные электростанции на Севере, так только как дополнительный источник энергии.
Однако, кроме полярной ночи, есть и полярный день, когда солнце не заходит за горизонт круглые сутки. Если сравнить общее количество солнечной радиации за год, то разница между Сочи (120 Ккал/см2) и Тикси (80 Ккал/см2) составит всего 33%. Это связано с тем, под каким углом солнечные лучи падают на землю и как сильно они при этом рассеиваются в атмосфере.
Низкие температуры могут оказать на работу солнечных электростанций как положительное, так и отрицательное влияние. С одной стороны холод повышает эффективность улавливания света и работы электронных компонентов. С другой — экстремальные морозы могут привести к растрескиванию материалов панелей, снижению эффективности аккумуляторов и инвертеров. Поэтому солнечные электростанции для северных районов должны быть сконструированы с учётом низких температур. Это сделает их дороже в производстве. Но, если учесть специфику условий работы, срок службы солнечной электростанции составит до 25-30 лет.
Необходимо будет регулярно очищать солнечные панели от снега и наледи. Солнечную электростанцию придётся оснастить системой обогрева или нанести на панель водоотталкивающий слой, который нужно будет время от времени обновлять. В странах с традиционно тёплым климатом об этом не задумываются, потому неожиданный приход морозов может вызвать энергетический кризис.
Необходимо отметить, что многие отдалённые поселения в Арктике не подключены к единой системе энергоснабжения. Им приходится рассчитывать на дизельные генераторы, топливо для которых доставляется в рамках Северного завоза и обходится очень дорого. Использование солнечных электростанций могло бы значительно снизить расходы.
Природа Арктики уникальна и уязвима. Зачастую применяемые дизельные генераторы уже устарели и при работе выбрасывают в атмосферу много вредных веществ. Солнечные электростанции могли бы существенно сократить эти выбросы.
Имеет ли смысл применять солнечные электростанции? Возможно, нам стоит обратиться к опыту других северных стран?
Солнечные электростанции в северных странах
В интернете можно без труда найти множество вдохновляющих новостей о том, как северные страны активно используют возобновляемые источники энергии. Это связано и с борьбой с изменением климата, и с особенностями рельефа и климата, которые делают использование возобновляемых источников энергии выгодным.
В Норвегии 92% электроэнергии производится на гидроэлектростанции, еще 6% — на ветряные электростанции. Не так давно здесь была построена крупнейшая в мире солнечная электростанция с вертикальными панелями, позволяющими всегда держать панель под оптимальным углом к солнцу. Но не смотря на это доля солнечных электростанций исчезающе мала — около 0,2% (321 МВт).
В Исландии возобновляемые источники занимают до 99% в структуре энергобаланса. Но картина та же — 69,6% занимает гидроэнергетика, ещё 30,3% — геотермальная энергетика. Остальные источники, включая солнечную энергетику, составляют всего 0,3%.
Аналогичную ситуацию можно наблюдать и в Гренландии. Местные города стремятся использовать свое географическое положение для эффективной выработки электричества. В основном это достигается за счёт гидроэлектростанций, а также ветряков или биоэнергетических установок. На энергию солнца сделала ставку только небольшая деревенька Саарлок.
На Аляске средний уровень солнечной радиации сопоставим с Германией, которая является лидером Европы по использованию солнечных электростанций. Многие частные дома украшают солнечные панели, строятся новые электростанции. Однако статистика неумолима — на солнечную энергетику приходится всего 0,38% от общей мощности штата.
Такое положение вещей объясняются малым количеством солнечных дней и возможностью использовать более стабильные источники энергии.
Так стоит ли пытаться внедрить северную солнечную энергетику в России?
Практика использования солнечных электростанций в Якутии
Чтобы ответить на этот вопрос, стоит обратиться к исследованиям практиков. Учёные Северо-Восточного федерального университета в Якутске провели всесторонний анализ работы солнечных электростанций. Что им удалось узнать?
В полярный день солнце светит круглые сутки, но в «ночной» период оно уходит на север. Из-за этого солнечные панели, установленные неподвижно, не могут получать достаточно света. Потому проект норвежцев с электростанцией с вертикальными панелями весьма практична.
Эффективность работы солнечной электростанции напрямую зависит от погоды. Как показали исследования, облака могут снижать выработку энергии на 8-95%. В Якутии и некоторых районах Красноярского края количество солнечных часов соизмеримо с Сочи, но во многих районах погода не позволит солнечной электростанции выработать много энергии.
Исследования были завершены испытанием гибридной электростанции мощностью 650 Вт, состоящей из солнечной электростанции, ветряного генератора и аккумулятора. За год работы, электростанция произвела 923 КВт*час. Казалось бы, немного, но выработка такого количества энергии потребует 335 литров дизельного топлива, стоимостью как минимум 33,5 тысяч рублей.
На самом деле, основные расходы при снабжении арктических поселений связаны не со стоимостью самого груза, а с его перевозкой. Небольшая электростанция, весом в 60-100 кг, заменяет 250 килограммов топлива в год и будет выполнять свою функцию в течение 25 лет! Это стоит многих усилий и сложностей с солнечными электростанциями в условиях Севера.
Солнечные электростанции русской Арктики
Это СЭС Батагай в Якутии, неподалеку от Верхоянска. При мощности всего в 1 МВт электростанция позволяет экономить до 300 тонн дизельного топлива ежегодно. Солнечные электростанции, дополняя дизель-генераторы, установлены в 24 посёлках Якутии.
В Красноярском крае, в изолированном посёлке Тура, работает солнечная электростанция мощностью 2,5 МВт, позволяющая экономить 12% или до 644 тонн дизельного топлива в год. Небольшие гибридные электростанции установлены во многих поселениях Чукотки, Ямало-Ненецком автономном округе, в Архангельской и Мурманской области.
На Севере строятся солнечные электростанции, в конструкции которых учитываются особенности региона — холод и возможное оледенение. В основном их стараются размещать в регионах с большим количеством солнечных часов.
Польза применения этих электростанций на русском севере неоспорима. Надеюсь, их использование будет только расширяться, ведь отечественные производители, знакомые с арктической спецификой, у нас есть.
Список использованных источников прилагается в закрепленном комментарии