ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Развитие методических основ определения и характеристики устойчивого развития энергетических систем. Разработка и апробация методов оценки потенциала энергообеспечения с использованием возобновляемых и невозобновляемых источников энергии на страновом и региональном уровне.
Development and testing of methods for assessing energy supply potentials based on renewable energy sources (RES) and conditions for using hydrogen energy.
Методика оценки энергетического потенциала отходов лесной промышленности для определения ресурсной базы при производстве тепловой энергии на региональном уровне. Результаты расчетов энергетического потенциала отходов лесной промышленности для ряда регионов России. Результаты оценок валового и технического энергетического потенциала отходов животноводства субъектов Южного федерального округа РФ. База данных энергообеспечения по областям, округам и районам России, не входящих в зону централизованного энергоснабжения. Оценить дефицит и потребность энергоресурсов, в т.ч. возобновляемых в этих регионах, проанализировать и закартографировать полученные данные. Разработка методики картографирования потребителей энергии в зоне децентрализованного энергоснабжения РФ. Количественные и экономические показатели спроса и предложения водорода как энергоносителя на страновом уровне в Азиатско-Тихоокеанском регионе. Результаты анализа отраслей хозяйства и типов предприятий – источников высококалорийных сбросных газов (в том числе водорода) в РФ; база данных предприятий РФ с высоким потенциалом образования высококалорийных сбросных газов. Результаты выявления штаммов микроводорослей эффективных по синтезу липидов, состав оптимальных сред их культивирования и алгоритм определения содержания липидов. Скрининг штаммов микроводорослей из коллекции НИЛ ВИЭ, способных к эффективному росту на сточных водах и биоремедиации сточных вод. Результаты экспериментов по частичному замыкания цикла производства бионефти из водорослей по питательным веществам с целью уменьшения экологической нагрузки на окружающую среду.
Проведение расчетов, разработка баз данных, атласов и ГИС по ресурсным характеристикам и энергопотенциалам солнечной, ветровой и биоэнергетики на региональном и страновом уровне на основе современных источников данных (реанализы, спутниковые наблюдения, ЦМР, статистические данные). Создана геоинформационная система «Возобновляемые источники энергии России» (ГИС ВИЭ России [http://gisre.ru/]). Проведение расчетов и анализа ресурсов органических отходов различных отраслей хозяйства на заданных территориях для определения их энергетического потенциала и наиболее оптимальных технологий получения энергии. Мониторинг эффективности применения возобновляемых источников энергии (ВИЭ) на территории РФ – как в сетевом, так и в автономном энергоснабжении. Проведены исследования типов и размеров ниш применения ВИЭ в РФ (туризм, ООПТ, потребители в Арктической зоне РФ и др.). Разработкаи апробация на ряде регионов РФ методики оценки рисков использования возобновляемых источников энергии.Составлен реестр рисков в энергетическом комплексе и мер адаптации при климатических изменениях для территорий Арктической зоны России. Экспериментальные исследования в области мониторинга работы солнечных сетевых и автономных установок. Для проведения экспериментов в распоряжении коллектива имеются экспериментальные стенды, снабженные измерительной аппаратурой, системами непрерывного сбора данных. Экспериментальные и теоретические исследования в области водорослевой биоэнергетики. НИЛ ВИЭ имеет экспериментальную базу и практический опыт крупномасштабного культивирования микроводорослей (МКВ); а также коллекцию МКВэнергетического назначения. В сотрудничестве с ОИВТ РАН разработаны технологии производства биотоплива 3-го поколения методом гидротермального сжижения и пиролизабиомассы микроводорослей. НИЛ ВИЭ имеет высокую патентную активность, в частности, в области разработки эффективных моделей систем-аналогов природных источников энергии (8 патентов РФ за 2016-2020 гг.).
Планируется публикаций в журналах, индексируемых в базе данных "Сеть науки" (WEB of Science) – 2, публикаций в журналах, индексируемых в базе данных Scopus – 2, публикаций в журналах, индексируемых в базе данных РИНЦ – 8, публикаций в журналах, индексируемых в других российских и международных системах – 8.
госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию) |
# | 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: |
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".