Солнечные батареи на службе РЖД
В Анапе построили «умный» вокзал. Здание оборудовано солнечными батареями, стены помещений обработаны средством, сохраняющим тепло, а сенсорные датчики помогают незрячим ориентироваться. Дополнительную электроэнергию вырабатывают ветрогенераторы. Современное оборудование позволяет экономить до 60% электроэнергии.
Новым вокзалом в Анапе гордятся все жители Кубани. На крыше «умного» здания установлены специальные модули, которые преобразовывают солнечный свет в электроэнергию. Поверхность стен вокзала строители обработали особыми нанорастворами.
Они позволяют экономить тепло в зимнее время, а в летнее — лучше охлаждать строения. По оценке экспертов компании ОАО «РЖД», такой вокзал будет экономически выгоден: позволит сэкономить немалые средства.
Применению нанотехнологий — однозначное «да». Наши солнечные батареи вырабатывают примерно 70 кВт электроэнергии в час, притом что нам необходимо всего 35 кВт. Система работает в двух режимах. В энергосберегающем режиме электроэнергия, вырабатываемая системой, поступает непосредственно в электрическую сеть здания железнодорожного вокзала Анапы. В аварийном режиме, при отключениях промышленной электрической сети, осуществляется обеспечение электроэнергией выделенной группы потребителей. Годовой экономический эффект от внедрения системы составит 1,6 млн руб.
Система солнечных модулей спроектирована на базе тонкопленочных фотоэлектрических модулей, состоит из полностью унифицированных компонентов и преобразует солнечную энергию в электрическую.
В настоящее время на крыше здания вокзала размещено 560 солнечных модулей, суммарная мощность которых составляет 70 кВт. Срок службы системы 20 лет. Сумма вложений за 2011–2012 годы составила почти 13 млн руб.
Для слабовидящих людей на вокзале установят тактильные полосы, которые помогут сориентироваться на перроне. В будущем же вокзал Анапы станет полностью независимым в вопросах электроэнергии — благодаря ветровым генераторам.
В Анапе достаточно ветра и солнца, а ветрогенератор, в отличие от солнечных батарей, работает и днем и ночью. Ветрогенератор даст дополнительно 50 кВт.
Важно, что ветрогенератор отлично сочетается с другими источниками энергии и работает в паре с дизельными генераторами, солнечными батареями или другими источниками энергии.
Анапа — один из лидеров по использованию «зеленых» технологий и энергоэффективных программ. В сознании многих жителей России, к сожалению, даже сама идея экономии еще не закрепилась. Сегодня при растущих тарифах на электроэнергию, воду, тепло научиться экономить очень важно.
В котельной, которая обслуживает горбольницу, в качестве эксперимента солнечные батареи установили еще семь лет назад, эффект колоссальный. Я знаю владельцев нескольких частных гостиниц, которые только недавно установили на крышах своих небольших отелей солнечные батареи. Они очень довольны, потому что если раньше оплата была порядка 100 тыс. рублей, то теперь им приходится платить всего 40 тыс. рублей. Ежемесячная экономия составляет около 60 тыс. По-моему, у нас начинается бум энергосбережения.
Вообще потенциал большой в плане экономии не только в Анапе, но и в любом российском городе, он может составлять 40–60%. Представляете, сколько энергии мы тратим впустую!
В начале прошлого года в Анапе появилась уникальная улица, которая освещена специальными энергоэффективными лампами. Это нововведение позволило нам снизить энергопотери почти на 60%.
Эти светодиодные лампы экологичны и не требуют специальной утилизации. Также они позволяют снижать нагрузку на электросети и не требуют обслуживания в течение 30 лет.
Источник
В Австралии запустили первый в мире поезд на солнечной энергии
Первый поезд, работающий исключительно на солнечных батареях, 16 декабря вышел на маршрут длиной в 3 км в Новом Южном Уэльсе в Австралии. Его разработала железнодорожная компания Byron Bay Railroad Company — она переоборудовала винтажный пассажирский поезд 1949 года, чтобы продемонстрировать, что солнечная энергия вполне подходит для пассажирских перевозок: «Мы провели поиски по стране, нашли полуразрушенный винтажный поезд, восстановили его и подключили к источнику энергии возрастом 4,6 млрд лет», — рассказал директор по развитию Byron Bay Railroad.
Гибкие солнечные панели расположены на крыше вагона и на промежуточных стоянках, где поезд может дополнительно подзарядиться. Первоначально поезд работал на двух дизельных двигателях, но один из был заменен на аккумулятор объемом 77 кВт и электрический мотор. Второй оставили на случай непредвиденных обстоятельств. Поезд, как сообщатся, может функционировать даже при высокой облачности.
В поезде предусмотрено 100 сидячих мест для пассажиров, место для проезжающих стоя. Поезд совершает одну поездку туда и обратно раз в час. Первый пробный рейс поезд совершил 17 декабря. Пока что он будет ходить в тестовом режиме, перевозя по 100 пассажиров за раз, но в январе следующего года начнется его полноценная эксплуатация. Стоимость поездки составит $3.
Стоит отметить, что австралийский проект пока уникальный в своем роде — поезда на солнечной энергии уже существуют, но пока она не использовалась напрямую, двигатель лишь получал электричество от сети.
Транспорт будущего
Энергия солнца и ветра в железнодорожном транспорте — один из важнейших трендов. Так, Индия начала масштабный энергетический проект по внедрению ВИЭ в свою транспортную систему, предполагается, что Индийские железные дороги могут к 2025 году обеспечить 25% энергопотребностей за счет возобновляемых источников и генерировать 5 ГВт на солнечных электростанциях по всей стране. Компания «Индийские железные дороги» (Indian Railways) намерена установить гибкие солнечные панели на крышах пассажирских вагонов 250 поездов, которые будут снабжать электричеством внутренние энергосети вагонов. Кроме того, уже запланирована и частично реализована установка солнечных панелей на крышах 7 000 железнодорожных вокзалов и станций по всей Индии — что принесет в совокупности 1 ГВт энергии.
С 2017 года в поезда в Нидерландах полностью перешли на энергию ветра. Власти Нидерландов несколько лет назад приняли решение перевести все электропоезда страны на энергию ветра, чтобы сократить выбросы углекислого газа в транспортном секторе. В 2015 году железнодорожные компании страны, в том числе Nederlandse Spoorwegen, подписали договор с энергетической компанией Eneco, согласно которому 100% электротранспорта должно было перейти на возобновляемые источники энергии к 2018 году. В 2016 году эта цель была выполнена на 75%, а полный переход состоялся на год раньше запланированного срока.
В других случаях чистая энергия обеспечивает лишь часть нужд транспортного средства — например, в Индии «поезд на солнечной батарее» движется за счет дизельного локомотива, а солнце обеспечивает лишь работу кондиционера и освещения.
Источник
Энергия солнца послужит РЖД
Научный труд авторского коллектива, возглавляемого Егором Локтионовым, победил в одной из номинаций конкурса ориентированных фундаментальных исследований по актуальным междисциплинарным темам в интересах ОАО «РЖД», прошедшего в 2017 году.
Учредителем конкурса выступил Российский фонд фундаментальных исследований (РФФИ) и компания «РЖД». Выполненное учёными исследование посвящено энергетической и экономической целесообразности применения солнечных электростанций для энергоснабжения железнодорожного транспорта.
Руководитель группы исследователей Егор Локтионов рассказал о задачах, которые пришлось решать в процессе изучения выбранной темы.
— Особенностью данного конкурса, как изначально заявлено, было обязательное наличие в составе исследовательских коллективов учёных из научных институтов и высших учебных заведений железнодорожного транспорта.
— Да. Мы выполнили это условие, включив в наш коллектив директора института пути, строительства и сооружений Российского университета транспорта (МИИТ), доктора технических наук, профессора Таисию Шепитько. Всего же в исследовании приняли участие пятеро учёных. Также в состав нашей группы вошли доктор технических наук, профессор, заслуженный энергетик РФ, заведующий отделением ОАО «Энергетический институт имени Г.М. Кржижановского» Павел Безруких, молодые исследователи аспирант НИУ «Московский энергетический институт» Ибрагим Асанов и магистрант МГТУ имени Н.Э. Баумана Максим Щербина.
— Даже для неспециалиста в вашей области очевидно, что сегодня идея использования солнечных батарей, интегрированных в линейные сооружения, особенно в нашей стране достаточно нова и не обеспечена существенным опытом как строительства, так и использования. Это обстоятельство как-то отразилось на характере исследования?
— Несмотря на простоту положенной в основу нашей работы идеи, существуют серьёзные проблемы для её реализации, связанные в первую очередь с условиями эксплуатации, накоплением и распределением получаемой электроэнергии. Компания «РЖД» имеет статус крупнейшего её потребителя в стране. Затраты на приобретение электроэнергии составляют около 17% эксплуатационных расходов, причём на электрическую тягу расходуется около 86%.
Об актуальности выбранной нами темы исследования говорят и другие данные. Так, протяжённость обслуживаемых линейных сооружений (железнодорожных путей общего пользования РФ) сегодня превышает 86 тыс. км. А значит, уместно говорить о том, что имеется существенная инфраструктурная база для использования солнечных батарей с уменьшенными капитальными и эксплуатационными затратами при их установке вдоль железнодорожного пути и полосы отчуждения, на откосах насыпей и выемок, эксплуатационных ограждений и т. д. Иначе говоря, рациональное использование затрат на землеотвод и обслуживание, на создание распределителей сети в структуре типовых расходов объектов солнечной энергетики позволяет получить значительный социально-экономический эффект при реализации.
— То есть в выполненном вами проекте вы постарались основное внимание уделить исследованию энергетической и экономической целесообразности применения солнечных электростанций для энергоснабжения железнодорожного транспорта.
— Но для этого нашему авторскому коллективу пришлось поломать головы над определением основных экономических показателей применения преобразователей солнечной энергии и различных типов аккумуляторов, исходя из современного уровня техники, определить внешние воздействующие факторы, характерные для железных дорог и влияющие на эффективность преобразования, хранения и передачи энергии.
— Можно, хотя бы вкратце, познакомить наших читателей с выводами, которые сделаны вами вместе с коллегами в предложенном исследовании?
— В целом они и сводятся к целесообразности использования солнечной энергии на железнодорожном транспорте. Для этого многое из того, что надо, имеется. Например, установленная мощность солнечных фотоэлектрических станций (СФЭС) в мире выросла с 40 ГВт в 2010 году до 400 ГВт в 2017-м. Годовой темп ввода мощностей за этот же период вырос с 17 до 100 ГВт. С ростом объёмов производства и общей установленной мощности существенно улучшились технико-экономические показатели. Благодаря совершенствованию материалов и технологий срок службы солнечных батарей возрастает с 25 до 50 лет, эффективность преобразования превышает 20-25%, стоимость генерации электроэнергии в уже ближайшей перспективе станет ниже 1 руб./кВт.ч. Удельная годовая выработка недорогих солнечных батарей превышает 100 кВт.ч/кв. м. Таким образом, годовое потребление РЖД, нормированное на протяжённость путей (523 кВт.ч/м), может быть в значительной степени покрыто солнечной генерацией без дополнительного землеотвода.
— То есть, если принять во внимание ценовую сторону вопроса, можно утверждать, что стоимость электроэнергии в контактной сети железных дорог существенно выше той, по которой она закупается у генераторов.
— И соответственно поэтому срок окупаемости электростанции, работающей на тяговую сеть железных дорог, существенно меньше, чем у таковой, продающей энергию в сеть. Особенность солнечных батарей состоит в том, что они выдают постоянный ток и легко могут быть соединены последовательно для получения напряжения 3,3 кВ, которым запитана четверть железных дорог в стране, тогда получится, что на тяговой подстанции не нужны будут трансформаторы и выпрямители — весьма дорогостоящее оборудование. Нами отдельно выполнены оценки стоимости электроэнергии, потребляемой из контактной сети, генерируемой СФЭС и аккумулируемой. При этом мы стремились максимально учесть затраты жизненного цикла. Анализ составляющих показал, что киловатт-час из контактной сети значительно дороже закупаемого у сбытовых компаний, с которым обычно и сравнивают стоимость генерации внешних источников энергии, в которой, в свою очередь, значительно полнее учтены капитальные и эксплуатационные затраты. В результате доказано, что экономическая привлекательность предлагаемых решений значительно выше, чем может показаться на первый взгляд.
— Полученные выводы были сделаны на основе моделирования описанных вами процессов?
— Да. Мы смоделировали процессы выработки электроэнергии солнечными батареями в условиях эксплуатации на определённых участках железной дороги в зависимости от климатических условий, уровня загрязнений, типа используемых солнечных панелей для определения оптимальной общей конфигурации системы способов и методов борьбы с загрязнением, особенностей конструкции подвижного состава и типа используемых солнечных панелей.
Другие данные были получены на создании модельного ряда использования различных типов солнечных батарей, их сравнения для определения оптимальной конфигурации общей системы. Кроме того, нами представлены результаты моделирования переходных процессов в системе распределённой генерации энергии при изменении внешних условий, например, при затмении облаком или движущимся составом. А на основе проведённых в этом направлении исследований даны рекомендации по выбору типа аккумулятора энергии, способам аккумулирования и дальнейшего использования излишков вырабатываемой энергии, их возможной транспортировки с наименьшими потерями и затратами. Например, существует вариант накопления энергии, принципиально аналогичный гидроаккумулирующим электростанциям, когда, используя избыточную энергию, состав перевозит грузы в гору, а для выработки — спускает с горы, фактически реализуя режим рекуперативного торможения. Но стоимость создания, особенно в равнинной местности, такого накопителя, тем более при существующей железнодорожной инфраструктуре, будет существенно ниже, чем для ГАЭС. Вынесены рекомендации и по выбору участков железных дорог, оптимальных для использования солнечных батарей.
— Несколько слов о том, как бы вы оценили перспективы внедрения солнечной энергии в железнодорожной сфере.
— Полагаю, у многих читателей мои фантастические рассказы вызвали улыбку или недоумение. Фундаментальные исследования, конечно, далеки от эксплуатационных будней и нужны они, чтобы смотреть далеко вперёд. Для скептиков же отмечу, что голландские железные дороги уже полностью запитаны от ветряных электростанций. Метро в Калгари тоже, а в Дели — от СФЭС. В ближайшие 30 лет энергетические системы очень сильно изменятся. Уже в обозримой перспективе многие электростанции в нашей стране должны будут заменены. Рационально ли заменять их на аналогичные? В наиболее развитых странах уже несколько лет новых мощностей на возобновляемых источниках энергии вводится в строй больше, чем традиционных. Для реализации наших предложений не потребуется изменения верхнего строения пути, солнечные батареи могут размещаться непосредственно на насыпи или в полосе землеотвода, тем самым являясь доработкой к готовой конструкции. Такое решение позволяет максимально снизить экономические затраты, не нарушить технологичность готовой конструкции железнодорожного покрытия. Использование при аккумулировании энергии долгосрочного и краткосрочного типа аккумуляторов, регенераторов водорода позволит не только снизить потери на транспортировку электричества, но и повысить автономность всего железнодорожного пути, что, несомненно, приведёт к повышению общей безопасности транспортировки по железной дороге.
В любом случае солнечные батареи, расположенные вдоль железнодорожных путей, способны полностью покрыть потребности в энергии неэлектрифицированных железных дорог, значительная часть которых находится в удалённых местностях, где снабжение электроэнергией затруднено. Вспомним о том, что нормы масс для пассажирских поездов в 3-6 раз меньше, чем для грузовых, а пассажирооборот, выраженный в ткм, в 150 раз меньше грузооборота. Отсюда напрашивающийся вывод: тяга для пассажирских перевозок может быть полностью обеспечена за счёт солнечной генерации. А оптимизация сооружений перспективных железных дорог, ориентированных преимущественно на пассажирские перевозки (городские, пригородные, курортные, высокоскоростные), для установки солнечных батарей может иметь существенный экономический, социальный и экологический эффект.
Кроме того, для достижения темпов развития солнечной энергетики в России, соответствующих мировым, требуется значительный импульс, в том числе для загрузки уже созданных производств фотоэлектрических преобразователей. Такой импульс может быть сообщён за счёт масштабного проекта, объединяющего государственные и частные интересы, требующего взвешенного обоснования и значительных подготовительных работ.
До сих пор в мире возможность установки солнечных батарей на железных дорогах рассматривалась только для крыш зданий, сооружений. В предместье Антверпена (Бельгия) установлено 16 тыс. солнечных батарей на крыше тоннеля. Работой над проектом занималась энергетическая компания «Инфинити». Общая стоимость проекта обошлась в 16 млн евро. Данная система вырабатывает 4 ГВт.ч и способна обеспечивать энергией до 4 тыс. поездов в год, в том числе и высокоскоростные поезда, скорость которых превышает 300 км/ч.
В настоящее время идея использования солнечных батарей, интегрированных в линейные сооружения, достаточно нова и не обеспечена существенным опытом как строительства, так и использования. В Швейцарии успешно развивается проект, согласно которому солнечные батареи располагаются на крышах и стенах зданий, на шумозащитных ограждениях автодорог, на транспортных и промышленных сооружениях, тем самым избавляя от необходимости использовать дорогостоящие сельскохозяйственные и городские территории. Автономная солнечная установка у посёлка Гримзель обеспечивает необходимое количество электроэнергии для круглосуточного освещения автодорожного тоннеля. Солнечные панели вблизи города Кур общей протяжённостью 700 м вмонтированы в шумозащитное ограждение, вырабатывают порядка 100 кВт.ч ежегодно.
Источник