Технические проблемы использования возобновляемых источников энергии

Технические проблемы использования возобновляемых источников энергии

1. Непостоянство ВИЭ, зависимость от погодных условий, времени суток.

Это создает проблему стабильного  автономного электроснабжения потребителей.

Коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) ВИЭ значительно ниже единицы, поэтому для удовлетворения потребителей это непостоянство должно приниматься во внимание. Так автономная энергоустановка с ВИЭ должна иметь в своем составе обязательно аккумуляторы, либо еще одну установку, работающую на традиционном топливе (для резервного электроснабжения). Если установка с ВИЭ присоединена к сети, то сеть должна взять на себя компенсацию непостоянства поступления энергии, для чего она должна иметь достаточную емкость и маневренность. Соответственно, это все ведет к удорожанию энергии.

2. Малая удельная плотность энергии, приходящейся на единицу воспринимающей площади или объема соответствующего устройства.

В частности, максимальная плотность  потока солнечной радиации в земных условиях не превосходит 1 кВт/м2; плотность энергии в потоке ветра при скорости 5 м/с составляет всего около 70 Вт/м2, а при скорости 10 м/с – около 600 Вт/м2. Это означает, что для получения от установки, использующей ВИЭ, значительной мощности установка должна иметь большие габариты, высокую материалоемкость и стоимость. (Например, у введенной в эксплуатацию в сентябре 2002 г. в Испании ВЭУ мощностью 3,6 МВт, диаметр ротора составил 104 м, а гондола, установленная на башне высотой 70 м, весит более 100 т.).

3. Низкий КПД преобразование возобновляемой энергии в электрическую и тепловую.

КПД ветроустановок обычно составляет не более 30-40%, КПД преобразования энергии Солнца 30-35% (фотоэлектрического преобразования 15-30%), КПД преобразования энергии биомассы – 30%, КПД преобразования гидроэнергии – 60%.

4. Недостаточные мощности ВИЭ.

На сегодняшний день современные  технологические возможности позволяют  покрыть за счет возобновляемых источников до 10% требуемой энергии.

5.Высокая стоимость оборудования и долгий срок его окупаемости.

ВИЭ требуют значительных вложений, связанных с высокой стоимостью оборудования - солнечные батареи  не ограничиваются только установкой фотоэлементов, необходимы аккумуляторные батареи, инвертор, контроллер. Не говоря уже об оборудовании для ветрогенераторов, плотин и приливных электростанций.

Несмотря на большой срок службы энергоустановок на базе ВИЭ и экологические преимущества, срок окупаемости из-за первоначальной стоимость оборудования и монтажа на настоящее время достаточно велик и обычно составляет не менее нескольких лет.

6.Трудности мониторинга окружающей среды для использования ВИЭ.

В основе решения об использовании  возобновляемых источников энергии  обычно лежат результаты многолетних  наблюдений (мониторинга) за состоянием окружающей среды в определенном районе. При этом очень важно, чтобы получаемая в процессе мониторинга информация включала все параметры, необходимые для разработки конкретной энергетической системы. Частично такую информацию содержат результаты метеорологических наблюдений, но, к сожалению, расположение метеостанций очень часто не совпадает с местом предполагаемого размещения энергоустановок и методы регистрации и анализа метеоданных не полностью соответствуют рассматриваемой задаче. Тем не менее, данные метеостанций могут служить базой для проведения сравнительного анализа с результатами целевого мониторинга. Так, например, сравнивая результаты измерения скорости ветра в течение нескольких месяцев в месте предполагаемого размещения ветроустановки с данными ближайшей метеостанции, можно, опираясь на метеоданные за более длительный период, экстраполировать и результаты мониторинга скорости ветра.

Значительно сложнее проводить  оценку возобновляемых источников энергии, в основу которой не могут быть положены стандартные метеоданные. В этом случае необходимы специальные  методы измерений и соответствующие  приборы, что требует значительных людских и материальных ресурсов.

7. Занятие больших земельных участков.

Например, для получения с помощью  СЭС энергии, равной энергии от ТЭС  и ГЭС, принимающие устройства, особенно у крупных СЭС, должны покрыть  значительные площади, что неизбежно приведет к снижению температуры поверхности почвы и воздуха, а при массовом строительстве СЭС может вызвать нарушение теплового баланса, изменить направление ветра, характер почв и растительности обширных регионов.

Ветроустановки также нуждаются  в больших площадях и при этом могут оказать влияние на изменение свойств почвенного покрова.

8. Возможность аварийных ситуаций и технических неисправностей

Исследователи последствий создания ВЭУ не исключают аварийных ситуаций – поломку агрегатов и отлет  поврежденных деталей. У крупных ВЭУ лопасти могут быть отброшены на 400–800 м. В Дании на 2000 ВЭУ приходится 630 вынужденных остановок в квартал и 20 случаев разрушения отдельных элементов.

9. Недостаточность научно-технических знаний и дефицит специалистов в области ВИЭ.

К данной проблеме можно отнести  следующее: отсутствие по некоторым видам ВИЭ готовых систем энергоснабжения, низкий уровень стандартизации и сертификации оборудования, неразвитость инфраструктуры, отсутствие обслуживающего персонала, недостаточный объём научно-технических и технологических разработок, недостаточный уровень технических знаний организаций, принимающих решения.

Основные направления  и пути устранения проблем использования возобновляемых источников энергии

Пути устранения данных проблем можно свести воедино к тому, что в первую очередь необходимо более углубленно изучать ВИЭ, создавать современные образовательные программы для подготовки специалистов, а также методическую и техническую базу для исследований в области ВИЭ.

Также очень важно формирование законодательной и нормативно-правовой базы по ВИЭ, создание органов, регулирующих вопросы по развитию и внедрению ВИЭ, созданию выгодных условий для применения возобновляемых источников энергии. Необходимо информирование населения о перспективах и необходимости применения данного вида энергии.

Важно направить усилия науки на уменьшение стоимости оборудования и повышения КПД установок  на базе ВИЭ за счет применения новых  материалов, внедрения новых схем и т.п.