Солнечная энергетика для энергоснабжения удаленных потребителей в Арктической зоне

АКТУАЛЬНОСТЬ. Арктическая зона становится объектом все более активного интереса в связи с изменением климата и растущей потребностью в устойчивом развитии. Внедрение возобновляемых источников энергии становится ключевым моментом для обеспечения устойчивости и безопасности региона. Исследование направлено на решение проблем развития Арктической зоны России с акцентом на преодолении транспортных и энергетических ограничений и внедрении возобновляемых источников энергии.

ЦЕЛЬ. Исследование направлено на разработку и внедрение устойчивых и эффективных энергетических систем в Арктической зоне России с использованием возобновляемых источников энергии, с акцентом на солнечную энергию. Разработать имитационную модель солнечной батареи с системой позиционирования и продемонстрировать подход к повышению эффективности солнечных электростанций.

МЕТОДЫ. Сбор и анализ данных измерений значений солнечной радиации и продолжительности солнечного сияния в различных районах Мурманской области. Для оценки эффективности применения солнечных батарей разработана имитационная модель в программном комплексе Matlab приложении Simulink.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Результаты исследования позволили выявить потенциал использования солнечной энергии в различных районах Мурманской области. Проведенные вычисления позволили определить оптимальную мощность солнечных батарей для горного массива Хибины. Представлена имитационная модель солнечной батареи с реализацией системы позиционирования батареи с целью повышения эффективности работы. Результаты моделирования наглядно демонстрируют повышение эффективности использования солнечных панелей с системой ориентирования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Значительный потенциал использования солнечной энергии в Арктической зоне достигается с помощью системы позиционирования, что открывает перспективы повышения энергетической эффективности. Учет климатических факторов имеет критическое значение при проектировании и эксплуатации энергетических систем.

1. Пакина, А. А. Перспективы зелёной экономики как новой парадигмы развития / А. А. Пакина, В. А. Горбанев // Вестник МГИМО Университета. – 2019. – Т. 12, № 5. – С. 134-155. – DOI 10.24833/2071-8160-2019-5-68-134-155. – EDN TFIKCT.

2. Лаженцев, В. Н. Арктика и Север в контексте пространственного развития России / В. Н. Лаженцев // Экономика региона. – 2021. – Т. 17, № 3. – С. 737-754. – DOI 10.17059/ekon.reg.2021-3-2. – EDN PWHOPP.

3. Кузнецов, Н. М. Развитие распределенной энергетики в Мурманской области / Н. М. Кузнецов, О. Е. Коновалова // Фундаментальные исследования. – 2021. – № 5. – С. 122-127. – DOI 10.17513/fr.43049. – EDN YCTFPG.

4. E Nalivaychenko et al 2020 IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 918 012238. DOI https://doi.org/10.1088/1757-899X/918/1/012238.

5. Gorodnov A.G. Construction of energy-efficient electrical complexes with an autonomous power supply system // News of higher educational institutions. ENERGY PROBLEMS. 2020. Vol. 22. No. 4. pp. 64-78. doi:10.30724/1998-9903-2020-22-4-64-78.

6. Тишков С.В., Наливайченко Е.В., Волков А.Д., Щербак А.П., Каргинова-Губинова В.В., Пахомова А.А. Повышение энергоэффективности экономики Арктической зоны Российской Федерации: проблемы, перспективы, методы оценки. М.:Первое экономическое издательство, 2021. – 130 с. – ISBN 978-5-91292-358-6. – DOI 10.18334/9785912923586. - EDN IKKNOR.

7. M. Arun Noyal Doss, R. Naveenkumarb, R. Ravichandranc, J. Rengarajd, M. Manikandane. PV Fed Asymmetrical Switched Diode Multi Level Inverter With Minimum Number of Power Electronic Components. Energy Procedia, 2017, vol. 117, pp592-599. DOI: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.05.155.

8. Денисов, К. С. Решение задачи комплексного энергоснабжения автономного потребителя с целью уменьшения экономических затрат / К. С. Денисов, В. И. Велькин, А. Н. Тырсин // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». – 2019. – Т. 19, № 3. – С. 84–92. DOI 10.14529/power190309. – EDN EKYWXK.

9. Y. Liu, J. Liu, Y. Chen, D. Wang, Y. Li, Z. Liu, H. Tang, C. Song. Study of the thermal performance of a distributed solar heating system for residential buildings using a heat-user node model. Energy and Buildings, 2022, Vol. 254, p. 111569. DOI https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2021.111569.

10. Москаленко Н.И. Численное моделирование воздействий метеосостояния атмосферы на эффективность ункционирования солнечных тепловых и электрических станций / Ахметшин А.Р., Сафиуллина Я.С., Додов И.Р., Хамидуллина М.С.// Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2021. Т. 23. № 5. С. 86-99. doi:10.30724/1998-9903-2021-23-5-86-99

11. Said S.M., Salama H.S., Hartmann B., Vokony I.A robust SMES controller strategy for mitigating power and voltage fuctuations of grid connected hybrid PV–wind generation systems. Electrical Engineering. 2019. Vol. 101. Iss. 3. P. 1019–1032. DOI https://doi.org/10.1007/s00202-019-00848-z.

12. Мобильные ветро-солнечные электростанции: состояние, перспективы и особенности проектирования / О.В. Григораш, Е.А. Денисенко, Д.Н. Грищенко, П.М. Барышев // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2023. Т. 23, № 1. С. 48–55. – DOI 10.14529/power230105. – EDN: CRODXG.

13. Modi A., Bühler F., Andreasen J. G., Haglind F. A review of solar energy based heat and power generation systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2017. Vol. 67. P. 1041-1064. DOI https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.09.075

14. F. Reda, M. Viot, K. Sipila, M. Helm. Energy assessment of solar cooling thermally driven system configurations for an office building in a Nordic country, Appl. Energy. 166 (2016) 27-43. – DOI 10.1016/j.apenergy.2015.12.119.

15. Оценка функционирования солнечных электростанций в климатических условиях Севера / Н. П. Местников, П. Ф. Васильев, Н. С. Бурянина [и др.] // Грозненский естественнонаучный бюллетень. 2022. Т. 7, № 2(28). С. 101-110. – DOI 10.25744/genb.2022.37.74.011. – EDN: OUPGYM.

16. Кузнецов, Н.М. Управление энергоэффективностью в регионах Арктической зоны Российской Федерации: монография / Н. М. Кузнецов // Апатиты: Издательство ФИЦ КНЦ РАН. – 2020. – 92 с.: ил. ISBN 9785911374341. – DOI 10.37614/978.5.91137.434.1. EDN GVUSWV.

17. Коновалова, О. Е. Возобновляемые источники энергии в Мурманской области / О. Е. Коновалова, Н. М. Кузнецов // Промышленная энергетика. – 2018. – № 9. – С. 51-56. – EDN YOGUDJ.

18. Использование возобновляемых источников энергии для энергоснабжения потребителей в Арктической зоне Российской Федерации / О. С. Попель, С. В. Киселева, М. О. Моргунова [и др.] // Арктика: экология и экономика. – 2015. – № 1(17). – С. 64-69. – EDN TUUTMJ.

19. Минин, В. А. Перспективы использования солнечной энергии в Мурманской области / В. А. Минин, Т. И. Якунина, И. Л. Коробко // Проблемы энергообеспечения Мурманской области. – Апатиты: Кольский научный центр РАН, 1992. – С. 73-81.

20. Апасова, Е. Г. Описание массива данных суммарной за месяц продолжительности солнечного сияния на станциях России. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2015621446 / Е. Г. Апасова, Л. К. Клещенко [Электронный ресурс] http://meteo.ru/data/160-sunshineduration#описание-массива-данных (дата обращения 30.01.2024)

21. Колосов, Р. В. Моделирование солнечных батарей / Р. В. Колосов // Интеллектуальная электротехника. 2019. № 2. С. 85-93. – DOI 10.46960/2658-6754_2019_2_85. – EDN JVVVED.

22. Митрофанов С.В. Выбор оптимального угла наклона солнечных панелей для размещения их в произвольном регионе // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2023. Т. 23, № 1. С. 5–11. – DOI 10.14529/power230101. – EDN ZDAYFE.