Рис. 17. Программа новых вводов энергоблоков ВИЭ (ГВт) (источник: ЗАО "АПБЭ")

Рис. 17. Программа новых вводов энергоблоков ВИЭ (ГВт)

(источник: ЗАО "АПБЭ")

К ВИЭ относятся малые ГЭС; ветроэлектрические станции; приливные, геотермальные, тепловые, использующие биомассу в качестве одного из топлив; солнечные электростанции.

В соответствии с проектом Программы модернизации электроэнергетики России на период до 2030 г., разрабатываемой ОАО "ЭНИН", до 2030 года должны быть реализованы всего лишь демонстрационные проекты солнечной электростанции (СЭС) мощностью 1 МВт с использованием фотоэлементов с КПД до 30 - 36% и ветровой электростанции (ВЭС) мощностью 1 МВт и выше с ортогональными машинами.

Широкому внедрению ВИЭ препятствует ряд проблем. Основной проблемой при производстве электроэнергии на основе использования ВИЭ является изменчивость во времени таких источников энергии, как солнечное излучение, ветер, приливы, сток малых рек, тепло окружающей среды. Если, например, изменение энергии приливов строго циклично, то процесс поступления солнечной энергии, хотя в целом и закономерен, содержит, тем не менее, значительный элемент случайности, связанный с погодными условиями. Еще более изменчива и непредсказуема энергия ветра. Электроэнергия же представляет собой весьма специфический вид продукции, который должен быть потреблен в тот же момент, что и произведен. Ее нельзя отправить "на склад", как уголь, нефть или любой другой продукт или товар, поскольку фундаментальная научно-техническая проблема аккумулирования электроэнергии в больших количествах пока не решена, и нет оснований полагать, что она будет решена в обозримом будущем. Для малых автономных ветровых и солнечных энергоустановок возможно и целесообразно применение электрохимических аккумуляторов, но при производстве электроэнергии за счет этих нерегулируемых источников в промышленных масштабах возникают трудности, связанные с невозможностью постоянного сопряжения производства электроэнергии с ее потреблением (с графиком нагрузки). Достаточно мощная распределенная система генерации электроэнергии и распределенные интеллектуальные системы управления, включающая также ветроэлектрические установки (ВЭУ) или ВЭС и СЭС, может компенсировать изменения мощности этих станций. Таким образом, решение задачи интеграции энергоустановок, использующих ВИЭ, с единой энергетической системой России имеет два аспекта: технический и организационный (нормативно-правовой).

В целом использование ВИЭ в мире приобрело ощутимые масштабы и устойчивую тенденцию к росту, и сам факт роста не подвергается сомнению. Различные виды ВИЭ находятся на разных стадиях освоения, наибольшее применение получил самый изменчивый и непостоянный вид энергии - ветер.

Анализ состояния машиностроительной отрасли для нужд ветроэнергетики России показал:

1. При изготовлении ВЭУ можно использовать без доработок и изменений следующие комплектующие и материалы, производимые отечественной промышленностью: трансформаторы, вентиляторы и нагревательные элементы системы кондиционирования, чугун, стальной прокат, крепеж, кабельную продукцию, лакокрасочные покрытия и другие мелкие изделия.

2. С доработками и изменениями можно использовать следующие изделия российской промышленности: высокооборотные генераторы, преобразователи частоты, приводы поворота лопастей и гондолы.

3. С проведением полного цикла проектирования и изготовления (ОКР, испытания, сертификация, организация и подготовка производства) на российских предприятиях можно организовывать производство следующих изделий: лопасти, ступицы, низко- и среднеоборотные генераторы, среднеоборотные мультипликаторы, корпуса гондол, обтекатели, башни.

4. Проведение НИОКР в области материаловедения и машиностроения, разработка отечественного станочного оборудования, создание (реорганизация) производственных цехов и участков позволит организовать в России выпуск следующих изделий: высокооборотных мультипликаторов, муфт, подшипников лопастей и опорно-поворотных устройств, упругих втулок и подвесок мультипликаторов и генераторов, тормозов ветроколес и опорно-поворотных устройств.

Таким образом, комплексное удовлетворение потребностей ветроэнергетики со стороны машиностроения включает в себя работы, связанные с научными исследованиями, реорганизацией машиностроительных предприятий, освоением выпуска новых материалов и изделий, а также оснащением новыми видами станочного оборудования.

Второе место по объему применения занимает геотермальная энергетика. ГеоТЭС вполне конкурентоспособны по сравнению с традиционными топливными электростанциями. Однако ГеоТЭС географически привязаны к месторождениям парогидротерм или к термоаномалиям, которые распространены отнюдь не повсеместно, что ограничивает область применения геотермальных установок.

Для внедрения ГеоТЭС и подготовки машиностроительного комплекса для производства комплектующих и агрегатов необходимо проведение НИОКР в области материаловедения и машиностроения:

1. Теоретические и экспериментальные исследования осаждения твердых частиц на металлических поверхностях;

2. Экспериментальные исследования образования твердых отложений в паропроводе ГеоЭС;

3. Исследования образования твердых отложений в проточной части геотермальных турбин;

4. Разработка механизмов предотвращения образования твердых отложений в проточных частях геотермальных турбин;

5. Разработка метода предотвращения образования отложений в линиях реинжекции.

Задачи по внедрению ГеоТЭС, также как и комплексное удовлетворение потребностей ветроэнергетики со стороны машиностроения, включают в себя НИОКР, реорганизацию предприятий, освоение выпуска новых материалов и изделий.

Солнечная энергия используется в основном для производства низкопотенциального тепла для коммунально-бытового горячего водоснабжения и теплоснабжения. Преобладающим видом оборудования здесь являются так называемые плоские солнечные коллекторы. Все активнее идет преобразование солнечной энергии в электроэнергию. Здесь используются два метода - термодинамический и фотоэлектрический, причем последний лидирует с большим отрывом.

Солнечная энергетика, по прогнозам, будет развиваться за счет нанотехнологий. С помощью многослойных пленок можно использовать почти весь спектр солнечной энергии, что позволит повысить КПД фотоэлементов более чем в четыре раза. Таким образом, главной задачей НИОКР на данный момент является необходимость усовершенствования научных разработок и развитие сферы нанотехнологий.

Другой проблемой отечественного машиностроения для нужд солнечной энергетики является низкий уровень сборочного производства модулей и солнечных батарей из-за отсутствия необходимого российского оборудования.

Не менее интенсивно развивается использование энергии биомассы. Последняя может конвертироваться в технически удобные виды топлива или использоваться для получения энергии путем термохимической (сжигание, пиролиз, газификация) и (или) биологической конверсии. При этом используются древесные и другие растительные, а также органические отходы, в том числе городской мусор, отходы животноводства и птицеводства. При биологической конверсии конечными продуктами являются биогаз и высококачественные экологически чистые удобрения.

Использование энергии биомассы находит все большее применение. Создание новых видов генераторов синтез газа и установок по производству биогаза позволяет прогнозировать значительный рост их производства. Задача машиностроения при этом - обеспечение достаточного количества комплектующих и агрегатов, то есть увеличение производства.

Гораздо меньше развито практическое применение приливной энергии. Еще менее развито использование энергии морских волн. Этот способ использования ВИЭ находится на стадии начального экспериментирования.

Для успешного решения вопросов, связанных с производством электроэнергии генераторами, использующими ВИЭ, помимо решения вышеперечисленных вопросов требуется обеспечить благоприятные экономические условия предприятиям, использующим установки на основе ВИЭ, а также разрабатывающим и производящим такие установки и комплектующие к ним.

В целом, задача увеличения относительного объема производства электроэнергии генераторами, использующими ВИЭ с 0,5% до 4, 5%, имеет следующие составляющие:

- Научную, связанную с созданием новых материалов, элементов, узлов электроустановок, работающих на ВИЭ;

- Техническую, связанную с созданием новых видов генераторов, реакторов, установок, станций, а также инструментальной базы, обеспечивающей их производство;

- Организационную, связанную с интеграцией установок, генерирующих электричество на основе ВИЭ, с единой энергетической системой России;

- Экономическую, связанную с разработкой экономических механизмов стимулирования производства и внедрения генераторов, использующих ВИЭ.

Следует разработать меры по государственной поддержке производителей оборудования для производства электроэнергии и тепла с использованием ВИЭ путем софинансирования из федерального бюджета выполнения НИОКР по разработке высокотехнологичного оборудования, предоставлению субсидирования части процентных ставок по долгосрочным кредитам за счет бюджетных средств, дотированию тарифов потребителям на использование электроэнергии, получаемой из ВИЭ, и другим мерам, без реализации которых невозможно развитие альтернативной электроэнергетики вследствие отсутствия экономической мотивации потребителей.