Географические основы устойчивого развития энергетических систем с использованием возобновляемых источников энергии (ГЗ)НИР

Geographical basis for the sustainable development of energy systems using renewable energy sources

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Географические основы устойчивого развития энергетических систем с использованием возобновляемых источников энергии (ГЗ)
Результаты этапа: Разработана методика оценки энергетического потенциала следующих подотраслей лесной промышленности РФ: заготовка древесины, деревообработка (производство стройматериалов), фанерное производство. Проведены первичные оценки валового и технического энергетического потенциалов указанных подотраслей лесной промышленности для СЗФО и СФО, а также субъектов данных ФО (Кировская область, Иркутская область). Сформирована база данных характеристик энергообеспечения удаленных (энергоизолированных) территорий Архангельской, Пензенской областей, Чеченской Республики, Ханты-Мансийского автономного округа, Красноярского края, Сахалинской области по следующим критериям: населенные пункты с энергоснабжением от региональных (изолированных от централизованного энергоснабжения) энергетических систем, полностью электроэнергетически изолированные (децентрализованные). Проанализирована структура энергопотребления населенных пунктов, наличие местных энергоресурсов, экологические характеристики используемых видов топлива в соответствии с задачами низкоуглеродного развития России. Проведён анализ типов, структуры и содержания источников пространственных данных о потребителях энергии в зоне децентрализованного энергоснабжения РФ. Определены методы и ГИС-инструментарий для картографировании и совместного анализа ресурсов ВИЭ и их потенциальных потребителей. Отработана методика картографирования характеристик ветровой и солнечной энергетики с учетом блока пространственных данных о потребителях. Проведена апробация методики для районов Камчатского края. Проведена систематизация принятых программ развития водородной энергетики в различных странах мира. Определены потребности в ресурсах для производства водорода с различным уровнем углеродного следа. Оценен потенциал действующих ветроэнергетических станции РФ для производства «зелёного» водорода. Определен потенциал производства водорода при реализации проектов приливных электростанций на побережье Охотского моря в привязке к потребителям этого энергоносителя в Азиатско-Тихоокеанском регионе. Проведены оценки ресурсной базы (валового потенциала): - свалочного газа и метана в его составе от полигонов ТКО крупных городов РФ; - попутного (сбросного) водорода от предприятий–производителей хлор-содержащей продукции, станций водоподготовки и крупнейших целлюлозно-бумажных предприятий РФ. Для каждого типа источников предложен алгоритм и проведены оценки годового производства указанных калорийных газов, которые в настоящее время в основном выбрасываются в окружающую среду: метан в составе свалочного газа 2722 тыс. т/год; сбросной водород от всех источников – 85,78 тыс. т/год. На основе полученных результатов разработана база данных по источникам калорийных газов в РФ создана серий карт. Проведены экспериментальные исследования способов утилизации питательных веществ из муниципальных сточных вод г.Москвы с помощью микроводорослей (МКВ). Осуществлен скрининг МКВ из рабочей коллекции НИЛ ВИЭ, способных к эффективному росту на сточных водах и их биоремедиации на основе последовательной адаптации к росту на сточных водах и утилизации из них питательных веществ. Определены наиболее эффективные в очистке сточных вод штаммы (Chlorella ellipsoidea rsemsu Chl-el и A. platensis rsemsu P (Bios)). Технологией гидротермального сжижения (HTL) из МКВ получен биоуголь, который на 90% состоит из углерода и является геологически стабильной формой; данный подход может служить альтернативной стратегией улавливания и хранения углерода.
2 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Географические основы устойчивого развития энергетических систем с использованием возобновляемых источников энергии (ГЗ)
Результаты этапа: На текущем этапе выполнения НИР по теме «Географические основы устойчивого развития энергетических систем с использованием возобновляемых источников энергии» в соответствии с техническим заданием был выполнен широкий спектр исследований. Разработана методика и проведены оценки потенциального производства энергии, ресурсосберегающего и экологического потенциала высококалорийных сбросных газов для всех регионов РФ. Методика основана на объемах валового образования сбросных газов, их энергетического потенциала и особенностях современных энергетических технологий тепловых преобразователей энергии и топливных элементов. На основе оригинальной методики оценены энергетический, ресурсосберегающий и экологический потенциалы отходов сельскохозяйственного производства в субъектах ЮФО и СКФО России; обоснована и апробирована методика картографирования потенциального производства и потребителей энергии из отходов биомассы на региональном уровне. Определены и обоснованы физико-географические и экономико-географические характеристики для типологизации регионов России с точки зрения предпосылок развития возобновляемой энергетики. На основе анализа статистических данных выполнены оценки текущей доли возобновляемой энергетики в энергетических балансах регионов России. Экспериментально исследован потенциал биомассы микроводорослей в утилизации дымовых газов от объектов энергетики: проведен скрининга кандидатных штамммов микрвоодорослей и их консорциумов для указанных целей; выявлены условия их культивирования при аэрации газовоздушными смесями с повышенной концентрацией углекислого газа.
3 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Географические основы устойчивого развития энергетических систем с использованием возобновляемых источников энергии (ГЗ)
Результаты этапа: На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований в ходе выполнения работ по государственному заданию 2023 г. были получены следующие результаты: 1. Рассчитан потенциально возможный объем получения биогаза от отходов животноводства и птицеводства для всех муниципальных образований Ростовской области, Краснодарского и Ставропольского краев. Проведено уточнение методики (алгоритма) расчёта массы образуемых отходов на основании учёта половозрастных характеристик выхода отходов животных каждого вида и путём введения поправочных коэффициентов, учитывающих среднегодовое значение поголовья животных данного вида. Определён потенциал тепловой энергии, которую можно получить из биогаза отходов животноводства. Оценена степень покрытия потребностей населения в тепловой энергии, за счет биогаза из отходов животноводства, определены муниципальные образования субъектов, наиболее перспективные для развития биогазовых технологий. Проведена оценка возможного экологического эффекта использования биогаза от отходов животноводства: рассчитан СО2- эквивалент метана биогаза отходов животноводства с учётом диоксида углерода, образующегося при сжигании этого метана. 2. Для территории Вологодской области (региона с высоким уровнем использования отходов лесной и деревообрабатывающей промышленности как местного топлива) составлены базы геоданных по производителям древесного биотоплива, лесохозяйственным предприятиям, имеющими потенциал производства биотоплива, и котельным, функционирующим на дровах и угле. Определены районы области, в которых отсутствует газоснабжение и преобладает теплоснабжение исключительно за счёт дров. Средствами ГИС проведена оценка территориальной удалённости производителей биотоплива от потенциальных потребителей. 3. Выявлены количественные показатели использования распределенной генерации (дизельной и на возобновляемых источниках энергии) в изолированных и труднодоступных территориях (ИТТ) в восьми регионах России. Проведена оценка доли мощности объектов на возобновляемых источниках по регионам и по видам ВИЭ. Массивы данных по электроэнергетическим станциями и установкам в ИТТ обеспечат актуализацию баз данных и интерактивных карт объектов возобновляемой энергетики в ГИС ВИЭ России, проведение анализа и оценки доли распределенной генерации в энергобалансе регионов. 4. Для оценки перспектив энергообеспечения на основе ветроэнергетических ресурсов в Республике Саха (Якутия) проведены расчеты удельного потенциала выработки электроэнергии (среднегодовая выработка на единицу мощности) и коэффициента использования установленной мощности (Киум) для ВЭУ KomaiHaltecKWT300 на всей территории субъекта с шагом в 1о. Проведено картографирование ресурсного потенциала ветроэнергетики Республики Саха Якутия. На основе данных моделирования производительности установки KomaiHaltecKWT300 выполнено районирование территории по уровню ветропотенциала. Средствами ГИС выполнен многофакторный анализ территории, с точки зрения доступности линий электропередач, транспортных путей и экологических ограничений при строительстве объектов ветроэнергетики. Выполнен картографический анализ возможностей энергозамещения за счёт использования энергии ветра в северном районе Якутии в зонах децентрализованного энергоснабжения. Анализ результатов с учетом ограничений по размещению ветроустановок, связанных с наличием в этом регионе ключевых орнитологических территории России (КОТР), показал, что наиболее перспективным является использование ВЭУ на территории Республика Саха (Якутия) при энергоснабжении 15-ти изолированных поселков с числом жителей менее 2 тыс. чел, с дублирующими дизель генераторами в Булунском, Усть-Янском, Анабарском и Аллаиховском улусах. 5. Исследованы потенциальные результаты применения станций на ВИЭ в зоне децентрализованного энергоснабжения Красноярского края. С учетом доли ВИЭ в гибридных энергоустановках, действующих на территории края (25%), расхода дизельного топлива в этих районах (порядка 0,2 т/чел в отопительный сезон), достигнутого к настоящему времени коэффициента установленной мощности для ВЭС и СЭС, были сделаны расчеты количества замещаемого дизельного топлива при введении солнечных и ветровых станций в качестве основных систем энергоснабжения. В среднем на один населенный пункт, относящийся к зоне децентрализованного энергоснабжения, требуется от 1 до 3 МВт установленных мощностей на возобновляемых источниках энергии (в зависимости он численности населения в них). 5. Проведены оценки себестоимости солнечной электроэнергии и сроков окупаемости солнечных электростанций, расположенных в пределах Европейской части России в разных природных условиях и тарифных режимах. Рассмотрено влияние природно-зональных и экономико-географических (ВВП, численность и плотность населения) факторов на объём и структуру производства электроэнергии по источникам в странах Западной Европы – с высокой долей ВИЭ в структуре производства энергии и давней историей их использования, что позволяет их рассматривать в качестве потенциальной модели развития возобновляемой энергетики в разных природно-хозяйственных зонах Европейской части России. 6. Для оценки роли возобновляемой энергетики (ВЭ) в социально экономическом развитии регионов России обосновано 12 показателей, характеризующих состояние и перспективы развития ВЭ и ее роль в ТЭК регионов, в энергобеспечении, занятости населения, а также влиянии на экологическую обстановку. Данные критерии характеризуют как общие по регионам объемы производства электроэнергии (ЭЭ) на объектах ВИЭ, так и удельные показатели на душу населения, эффективность и перспективность использования ВИЭ (коэффициент использования установленной мощности – Киум), готовность регионов к активному внедрению ВИЭ, исходя из региональных энергетических программ. Составлены рейтинги регионов РФ на 2023 г. по роли ветровой и солнечной энергетики в ТЭК регионов (доля в установленной мощности, в выработке ЭЭ, в энергообеспечении). Региональные оценки доли выработанной электроэнергии от объектов на ВИЭ в общем производстве электроэнергии субъектов РФ показали лидерство в солнечной энергетике Республики Калмыкия (29,2%) и Алтай (97,2%), Астраханская обл. 7,6%; в ветроэнергетике соответственно – Республики Адыгея (77,0%) и Калмыкия (62,4%), Астраханская обл. (21,7%), Ставропольский край (10,1%). Проведенное ранжирование регионов России по уровню сокращения эмиссии СО2 за счет использования объектов на ВИЭ позволило выделить в качестве лидеров 3 субъекта: Ставропольский край, Ростовская и Астраханская области – 1000-800 тыс.т СО2 в год. 7. Результаты оценок требуемых инвестиций в декарбонизацию энергетики показывают, что для мира в целом затраты на энергетический переход должны составлять до 2060 г. величину порядка 120 трлн.долл. США (4% ВВП/год) в постоянных ценах 2021 г. Это требует увеличения инвестиций в топливно-энергетический комплекс (ТЭК) в 2-3 раза относительно текущего уровня. Проведены расчеты оценки инвестиционных затрат на переход к углеродной нейтральности экономики России. Расчёты показывают, что сумма инвестиционных затрат на обеспечение углеродной нейтральности без учёта поглощающей способности экосистем варьируется от 200 до 350 трлн руб. или от 5 до 9 трлн руб. в год (от 3 до 6 % ВВП), исходя из срока её достижения к 2060 г. Данные оценки близки к оценкам «ВТБ-Капитал», но примерно в 3–5 раз превосходят цифры, указанные в Стратегии социально-экономического развития Российской Федерации с низким уровнем выбросов парниковых газов. Выполнена оценка потенциала энергоэффективности в экономике РФ на 2022 г. – 60% от текущего уровня. Эластичность поставок энергии по отношению к валовому внутреннему доходу (отношение произведенной энергии к ВВП) выражает реакцию энергетики на 1% рост ВВП. Определен показатель эластичности поставок энергии по отношению к валовому внутреннему продукту в РФ, которыйв 2022 г. составил 0.23 (каждое увеличение ВВП на 1% требует увеличения поставок энергии на 0.23%) по сравнению с 0.1 в постиндустриальных странах. Определен показатель эластичности антропогенных выбросов парниковых газов (в СО2-экв.) по отношению к валовому внутреннему продукту (СО2/ВВП). Он выражает долю увеличения выбросов парниковых газов при 1% увеличении ВВП. В РФ на 2022 г. он составляет 0.20 (каждое увеличение ВВП на 1% влечет за собой увеличение антропогенных выбросов парниковых газов на 0.20%). В экономике Китая (страны АТР) этот показатель равен 0.15. 8. Проведен годовой натурный мониторинг производительности двухсторонних модулей на основе гетероструктурных фотоэлектрических преобразователей ГК «Хевел» (Россия) в климатических условиях Московского региона. Представлен анализ результатов в сравнении с ранее проведенными теоретическими расчетами удельной производительности современных высокоэффективных фотоэлектрических модулей на основе спутниковых баз данных и ренализов. Показано, что удельная выработка экспериментальных модулей ниже расчетных значений (для наиболее эффективного периода использования в условиях средней полосы России (июня–июля) в 1,4 раза, для октября – в 1,75 раза), что говорит о необходимости учитывать особенности двухсторонних модулей при прогнозе производительности. Показаны экспериментально определенные различияв эффективности фронтальных и тыльных поверхностей модулей при различных условиях освещенности. Можно ожидать повышенную эффективность двухсторонних модулей при использовании отражающих поверхностей, а также в зимний (снежный) период при росте альбедо подстилающей поверхности, характерном для Российских регионов. Полученные результаты позволят верифицировать расчеты потенциальной производительности солнечных фотоэлектрических установок и уточнить оценки технического потенциала солнечной энергии регионов РФ. 9. Разработаны конструкции и созданы действующие модели парусных энергетических установок наземного базирования с автоматической системой управления движением и созданы действующие модели этих установок. Определен коэффициент эффективности преобразования энергии ветрового потока в моделях (0,42). Разработан метод прямого измерения сил, действующих на модель парусной энергетической установки и проведены эксперименты по разработанному методу. Разработаны и релизованы экспериментально средства автоматического управления движениеммодели парусных энергетических установок. 7. Рассмотрен новый подход к проблемам культивирования МКВ и цианобактерий для производства биотоплив с позиций циркулярной экономики. Определены характеристики роста кандидатных штаммов МКВ (Chlorellaellipsoidea, Chlorellavulgaris, Gloeotilapulchra, Elliptochrorissubsphaerica и устойчивого консорциума на основе МКВ/цианеиA. platensisс бактериями) при различных концентрациях СО2 (СО2 = 0,04, 3, 6 и 9%). Для приобретения толерантности к высоким концентрациям СО2 реализован режим последовательной лабораторной адаптации, когда биомасса МКВ, выращенная при более низких концентрациях СО2, использовалась в качестве инокулята на каждом последующем этапе эксперимента.По полученным результатам можно утверждать, что данная методика адаптации штаммов МКВ к высоким концентрациям CO2 эффективна; более длительная лабораторная адаптация к высоким концентрациям СО2 требуется длятаких технологичных и продуктивных штаммов, как A. platensis. Апробированный экспресс-метод определения жизнеспособности МКВ на основе окрашивания витальным красителем показал отсутствие или минимальное количество мертвых клеток при высоких концентрациях СО2 (3%, 6%); при концентрации CO2 = 9% обнаруживаются слабые признаки угнетения клеток (отклонения формы клеток от нормы, удлинении (замедлении деления) у нитчатых водорослей и незначительное увеличение числа мертвых клеток). В данной работе не обнаружено значимого изменения биохимического состава МКВ, выращенных при высоких концентрациях СО2, которое отмечалось в некоторых публикациях.
4 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Географические основы устойчивого развития энергетических систем с использованием возобновляемых источников энергии (ГЗ)
Результаты этапа:
5 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. Географические основы устойчивого развития энергетических систем с использованием возобновляемых источников энергии (ГЗ
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".