ВИЭ для «Русской Арктики»: альтернативная энергия для удаленных территорий

Arctic regata Спортивная яхта «Петр I», участница Арктической кругосветной регаты на территории национального парка «Русская Арктика». Фото: Николай Мухачев / www.rus-arc.ru

Статья подготовлена специально для 74 номера издаваемого «БЕЛЛОНОЙ» журнала «Экология и право».

 

При этом нельзя сказать, что Россия сильно отстала от мировых тенденций, считает Александр Лавренов, возглавляющий компанию «Сорокопут», которая занимается установкой систем возобновляемой энергетики в российских заповедниках: «По моим оценкам, если брать федеральные особо охраняемые природные территории, я полагаю, что все в той или иной мере используют возобновляемые источники энергии. Это в первую очередь мобильные солнечные электростанции. В удаленных кордонах чаще всего возобновляемая энергетика уже есть. Можно сказать, что в России массово используется подобное оборудование».

Мыс Желания

Как рассказали в Информационно-аналитическом центре поддержки заповедного дела (Росзаповедцентр), идея использования альтернативных источников энергии появилась сразу после создания парка «Русская Арктика» в 2011 году. Тому способствовал ряд показательных примеров: некоторые гости парка приезжали с портативными солнечными батареями для зарядки ноутбуков; метеостанция Северного управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды на мысе Желания (остров Северный архипелага Новая Земля) использовала для работы солнечную энергию; ветрогенераторы, обнаруженные в бухте Тихой, свидетельствовали о том, что полярники существовавшей здесь с 1929 по 1959 год станции уже в те годы использовали не только ископаемое топливо.

Поскольку мыс Желания – одно из самых ветреных мест в России, решено было установить именно ветрогенератор. Последующая эксплуатация установки в течение месяца показала, что вырабатываемой электроэнергии хватало на обеспечение оборудования связи в круглосуточном режиме (максимальная потребляемая мощность оборудования спутниковой связи, компьютера и сетевого оборудования – не более 500 Вт, средняя – 250 Вт), излишки электроэнергии направлялись на обеспечение работы опорного пункта. В моменты повышенных нагрузок включался один из генераторов мощностью 2 или 4,5 кВт. Однако время их использования в среднем сократилось на 60%.

Несмотря на то, что, по данным документации электростанции, максимальная скорость ветра, при которой ветрогенератор сохраняет работоспособность, составляет 60 м/с, по истечении месяца после монтажа при порывах ветра до 30 м/с ветрогенератор разрушился.

В конце 2013 – начале 2014 года было принято решение использовать гибридную электростанцию, позволяющую аккумулировать энергию от солнечных панелей, ветрогенераторов и уже имеющихся бензо/дизельгенераторов. Предварительная стоимость решения составила более 2 млн рублей. В июле-августе 2015 года оборудование было смонтировано и запущено. Максимальная мощность установленной электростанции по инвертору – 8 кВт, суммарная емкость батарей – 600 A∙ч при 48 В, максимальная мощность ветрогенераторов – 1,2 кВт, максимальная мощность солнечных панелей – 6,48 кВт.

Принципиальным отличием данной электростанции от установленной в 2013 году, кроме существенно увеличенной мощности, является увеличение выработки электроэнергии солнечными панелями. Это оказалось верным решением, так как ветрогенераторы снова подвели.

Максимальная скорость ветра, при которой ветрогенераторы сохраняют работоспособность, по данным документации, составляет 60 м/с, однако по истечении трех недель после запуска их в эксплуатацию при постоянной скорости ветра 25-27 м/с в течение четырех дней вышли из строя контроллеры ветрогенераторов – они перестали производить зарядку аккумуляторов после снижения скорости ветра до приемлемых 15 м/с.

Эксплуатация установки в течение последующих двух месяцев показала, что вырабатываемой электроэнергии хватало на обеспечение работы опорного пункта в круглосуточном режиме (максимальная потребляемая мощность оборудования опорного пункта – не более 4,5 кВт, средняя – 1 кВт). В связи с отказом ветрогенераторов в середине сентября и завершением полярного дня в конце сентября для обеспечения полного заряда аккумуляторов появилась необходимость запускать генератор.

По итогам эксплуатации оборудования было принято решение об увеличении количества солнечных панелей до 36 и установке дополнительного контроллера заряда. От использования ветрогенераторов в дальнейшей практике ввиду ненадежности предлагаемых решений и сложности технического обслуживания оборудования отказались вовсе.

По проведенным расчетам и сопоставлению данных по расходу топлива в 2015 году, за 2 месяца работы электростанции (с момента запуска в работу до консервации) удалось сэкономить 385 литров бензина. В 2016 году экономия по топливу составила 540 литров. Станция также успешно эксплуатировалась в 2017 и 2018 годах, генераторы на традиционных источниках энергии не использовались.

Бухта Тихая и Земля Александры

В конце 2015 года было решено продолжать электрификацию опорных пунктов национального парка с помощью электростанций на альтернативных источниках энергии. На очереди стояли два опорных пункта на архипелаге Земля Франца-Иосифа: полярная станция в бухте Тихой на острове Гукера и база «Омега» на острове Земля Александры.

В бухте Тихой были те же энергетические нагрузки и даже тот же сезонный характер работы, как и на мысе Желания, поэтому было выбрано такое же оборудование. Его итоговая цена составила 1,4 млн рублей. В 2018 году специалисты национального парка смонтировали и запустили оборудование в работу. Благодаря электростанции в 2018 году в бухте Тихой стало действительно тихо. Генератор не использовался, потребность в энергии обеспечивалась за счет солнца.

А вот на базе «Омега» ситуация была иной. Здесь нагрузки были в несколько раз больше (потребление мощности до 15 кВт), количество находящихся на базе людей иногда превышало 25 человек и работала база круглогодично.

Весной 2017 года было установлено оборудование для хранения и распределения электроэнергии (без солнечных панелей) на сумму 3,3 млн рублей. Его запуск позволил отказаться от работы генераторов в круглосуточном режиме. До его установки на базе днем работал дизельный генератор мощностью 14 кВт, а в ночное время включался генератор на 4,5 кВт. При таком режиме работы срок эксплуатации генераторов не превышал 12 месяцев, затем следовала замена. Сейчас генератор мощностью 14 кВт включается только в дневное время на срок не более 8 часов, и в это время его энергия используется для зарядки аккумуляторных батарей и обеспечения работы опорного пункта. В оставшееся время потребность в электроэнергии обеспечивается только за счет аккумуляторов. С момента запуска системы в работу в сентябре 2017 года сэкономлено 2,8 тыс. литров дизельного топлива.

Затем в 2018 году 48 солнечных панелей стоимостью 4,8 млн рублей были установлены на крыше базы «Омега». В 2019 году предстоит смонтировать оставшиеся панели на крышу гаража и запустить подсистему солнечных панелей в работу.

«Основные преимущества реализации подобных инженерных решений состоят в значительной экономии топлива и, как следствие, увеличении интервалов между его доставками в труднодоступные районы, в снижении выбросов загрязняющих веществ в атмосферу за счет сокращения времени использования генераторов на традиционных видах топлива, повышении надежности и безопасности инженерных систем и автономности опорных пунктов на островных территориях», – отметил Роман Перхуров, заместитель директора национального парка «Русская Арктика» по развитию.

А где еще?

В заповеднике «Тигирекский» (Алтайский край) с 2015 года на двух кордонах установлены солнечные станции, состоящие из солнечных батарей, аккумуляторных батарей и инвертора. Мощность на выходе из инвертора составляет 2 кВт – достаточно для освещения и зарядки устройств.

В Курильском заповеднике (Сахалинская область) первая солнечная станция мощностью 1,5 кВт, позволившая решить проблему электроснабжения кордона в кальдере вулкана Головина, была установлена летом 2016 года. На кордоне «Андреевский» с 2017 года работает солнечная станция мощностью 2,3 кВт. По аналогии со станцией в кальдере вулкана Головина там было решено использовать гелевые аккумуляторы. В феврале 2019 года установлена еще одна солнечная станция мощностью 2,3 кВт на кордоне Саратовский.

В заповеднике «Олекминский» (Якутия) используются солнечные панели EasySolar, которые включают солнечный контроллер заряда, инвертор и зарядное устройство. Для хранения энергии выбраны LiFePO4 аккумуляторы, которые не боятся глубокого разряда (кислотные аккумуляторы часто выходят из строя в случае глубокого разряда и паузы зарядки в течение суток), имеют на порядок больше количество разрядов-зарядов по сравнению с кислотными.

В заповеднике «Остров Врангеля» (Чукотское море) используются солнечные батареи и ветрогенераторы. Стационарными солнечными батареями обеспечено 7 наиболее часто посещаемых кордонов из 15, также имеется два комплекта переносных солнечных батарей, которые используются для работы сотрудников заповедника на других кордонах. Установлен один ветрогенератор, второй планируется установить в этом году.

В национальном парке «Югыд ва» (Рес­публика Коми) с 2012 года солнечные батареи успешно работают на трех приютах.

Заповедник «Черные земли» (Калмыкия) для выработки электроэнергии на кордонах использует солнечные панели и ветрогенераторы. Кроме того, в целях создания водопоев для сайгаков на территории заповедника пробурены три скважины-колодца, вода из которых подается на насос за счет энергии солнечных панелей.

В национальном парке «Берингия» в районе мыса Чаплина (Чукотский полуостров) на полевом стационаре используется в тестовом режиме комплект на основе возобновляемых источников энергии: солнечные батареи 400-500 кВт, вертикальный ветрогенератор 300 Вт, инвертор 24В/220В, 3 кВт.

В Висимском заповеднике (Средний Урал) в эколого-туристском комплексе «Веселые горы» в охранной зоне заповедника солнечные панели питают электрические потребители.

Национальный парк «Лосиный Остров» (Москва и область) в настоящее время не использует возобновляемые источники энергии, однако в концепции развития нацпарка заложено использование солнечных батарей и геотермального отопления. Также развивать солнечную энергетику намерен парк «Ленские столбы» (Якутия).

В заповеднике «Басеги» (Пермский край) небольшие солнечные батареи используются на лесных кордонах. Энергии хватает для освещения помещений, зарядки спутниковых телефонов и ноутбуков.

Национальный парк «Кисловодский» (Ставропольский край) рассматривает возможность и целесообразность широкого использования в своей деятельности солнечной энергетики. В настоящее время в систему видеонаблюдения на ООПТ входит автономная опора на солнечной батарее GE 50-36P.

В заповеднике «Керженский» (Нижегородская область) несколько солнечных панелей размещено на пожарно-химической станции. Энергии, которую они вырабатывают, хватает для бесперебойной работы энергосберегающих лампочек, радиостанции, компьютеров. Сейчас солнечные панели также питают камеры видеонаблюдения, установленные в вольерном комплексе на территории заповедника, где содержатся северные олени. Камеры непрерывно записывают и передают данные о поведении оленей около кормушки. В декабре 2017 года была приобретена мощная электростанция 2500 Вт для кордона Черноречье, которым пользуются оленеводы, работающие в рамках программы по восстановлению лесного северного оленя.

В Воронежском заповеднике солнечный модуль FSM-200M 24B Моно был установлен в декабре 2015 года на кордоне Каверенский.

 «Зеленое» решение в Карелии

Возобновляемая энергетика является также «мостом» сотрудничества российских и финских защитников природы. Осенью 2018 года стартовал международный проект Green Solutions / Зеленые решения для природоохранных территорий в ходе реализации программы приграничного сотрудничества «Карелия». Проект рассчитан на два года. Его основная цель – внедрение различных типов альтернативных источников энергии на ООПТ Карелии и Финляндии – всего на четырех пилотных объектах.

Участниками проекта с российской стороны стали национальный парк «Водлозерский», заповедник «Кивач» и заповедник «Костомукшский». Со стороны Финляндии – остров Арьянсаари, расположенный на озере Оулуярви.

По замыслу организаторов, результатов удастся добиться благодаря помощи финских коллег из Oulun Energia OY – одной из передовых компаний Финляндии в сфере развития и внедрения «зеленых» энергетических решений.

Уже в 2019 году на кордоне Новгуда Водлозерского нацпарка в рамках проекта планируется возведение экспериментальной установки с солнечными батареями, а также оснащение тепловыми насосами, которые станут надежными источниками энергии с февраля по октябрь.

Игорь Ермаченков