Протэк’21 ite’21

Список литературы: 
1.
ФЗ № 52 «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» от 
30.09.1999. 
2.
ФЗ № 7 «Об охране окружающей среды» от 10.01.2002. 
3.
Ветошкин А.Г. Процессы и аппараты защиты окружающей среды: учеб. 
пособие. – М.: Высшая академия, 2007. – 711 с. 
4.
Семенова И.В. Промышленная экология: учеб. пособие. - М.: Академия, 2009. 
– 528 с. 

---

256 
ПРОТЭК’21 ITE’21 
ПЕРСПЕКТИВЫ КОМБИНИРОВАННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ 
ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ В РФ 
Толмачева Е. И. 
Научный руководитель: к.т.н., доц. Гвоздкова С. И.
ФГБОУ ВО «МГТУ «СТАНКИН», г. Москва, Россия 
Целью данной работы является оценка повышения эффективности 
использования альтернативной энергетики за счет комбинированного использования 
нескольких источников ВИЭ. 
Технический потенциал возобновляемых источников энергиизначительно 
превышает существующий и ожидаемый в будущем глобальный спрос на 
энергию, однако проблема заключается в том, чтобы овладеть существенной 
частью этого потенциала и использовать ее для предоставления желаемых 
энергоуслуг экономически эффективным и экологически безопасным образом. 
В настоящее время ни один из существующих альтернативных источников 
энергии не может полностью покрыть все человеческие потребности, однако 
комплексное использование всех возможных возобновляемых ресурсов 
позволит достичь максимально возможной эффективности и сглаживания 
всплесков и простоев в производстве энергии. 
Создание эффективных комплексных энергосистем с использованием 
различных аккумуляторов энергии позволяет повышать эффективность 
энергоиспользования ВИЭ на 30–50 %, улучшает параметры выработанной 
энергии и обеспечивает стабильность энергоснабжения потребителей. Для 
облегчения внедрения ВИЭ в существующие энергосистемы необходимо 
применять новые и усовершенствованные технические решения. 
Наиболее распространенными на данный момент самые распространенные 
способы добычи энергии из неисчерпаемых источника, с огромным 
теоретическим потенциалом – это солнечная и ветроэнергетика. 
Таблица 1. Перспективы динамики развития ВИЭ в России 
Вид возобновляемых 
источников энергии 
Уст. мощность, МВт 
Рост 
за 10 лет, % 
2010 г. 
2020 г.
Ветроэнергетика 
16 
6800 
425 
Солнечная энергетика 
0,03 
140 
4660 
Помимо этого, солнечная и ветровая энергия хорошо дополняют друг 
друга. Причина медленного развития солнечной энергетики проста: средний 

---

257 
ПРОТЭК’21 ITE’21 
поток солнечной радиации, поступающий на поверхность Земли, зависит от 
времени суток, сезона года и погоды. Чтобы усилить поток солнечной энергии, 
надо собирать ее с большой площади с помощью концентраторов и запасать 
впрок в аккумуляторах. 
Ветряки, несмотря на все преимущества, так же имеют серьезные 
недостатки. Эффективность их работы зависит от погодных условий, в 
безветренные дни они не работают вовсе. 
Но при этом, как правило, ночью и в пасмурные дни ветер сильнее, а при 
солнечной погоде – слабее и поэтому их комбинированное использование 
совместно с менее подверженными случайным факторам источниками 
позволяют повысить качество и бесперебойность электроснабжения. Что дает 
возможность использовать установки в составе гибридной системы 
значительно меньших мощностей, а, следовательно, и меньших стоимостей. 
Дополняя друг друга, они гарантируют производство достаточного 
количества электроэнергии и тепла на любых территориях, в любое время дня и 
ночи и в любых климатических условиях. Наиболее перспективное 
направление на сегодняшний день – это комбинированное использование 
солнечной и ветровой энергетики, c использованием водородной энергетики 
для аккумулирования. 
Усовершенствование сети требует применения различных дополнительных 
программ и систем электрических накопителей энергии. Основными 
преимуществами энергосистем, включающих ЭНЭ, являются более высокая 
надежность и эффективность их работы. 
Системы электрических накопителей энергии могут компенсировать 
небаланс, возникающий при производстве энергии с использованием ВИЭ, 
благодаря чему энергосистема становится гораздо более стабильной. Они 
заряжаются во время низкого уровня нагрузки и обеспечивать необходимую 
мощность во время перерыва в работе источника энергии. Применение 
электрических накопителей энергии позволяет отложить или избежать 
строительства новой линии электропередач. Если проектирование и 
строительство линий электропередачи слишком дорого, то применение ЭНЭ 
является лучшим техническим решением. Кроме того, потери в линиях передач 
могут быть снижены за счет зарядки комплекса электрических накопителей 
энергии в период низкого потребления и разрядки во время пиковой нагрузки 
энергосистемы, соответственно. Сегодня в ряде упомянутых выше областей 
ЭНЭ пока не конкурентоспособны по сравнению с традиционными 
устройствами, однако ЭНЭ привлекают все больший интерес для применения в 
мощных энергосистемах. 
И если водородная экономика остаѐтся пока делом отдаленного будущего, 
то водородное аккумулирование энергии возобновляемых источников и 
водородные накопители для автономной и распределенной генерации, активно 
внедряются в экономику развитых стран. 
На участках ветровой и солнечной энергии избыточное электричество, не 
поставляемое непосредственно в энергосистему, может быть использовано для 

---

258 
ПРОТЭК’21 ITE’21 
проведения электролиза с целью расщепления молекул воды на кислород и 
водород с сохранением водорода для последующего повторного использования. 
Добыча водорода с помощью солнечной энергии – очень неэффективное 
занятие. Сначала электричество добывается панелями с невысоким КПД, а 
затем производится электролиз воды, что ещѐ сильнее снижает эффективность 
добычи. Учѐные стремятся пропустить этап получения энергии и сразу 
превратить воду в водород и кислород, для чего нужны правильные 
катализаторы. 
Рис. 1. Катализатор для добычи водорода из воды 
В самой эффективной на данный момент установке, анод делается 
полупрозрачным, и лежащий ниже катод также получает свет для 
фотоэлектрохимической реакции. Анод изготавливается из диоксида титана 
(TiO
2
), а катод делают из карбида кремния (SiC). Анод реагирует на 
ультрафиолетовый свет, а катод – на видимый. При этом на электроды подаѐтся 
определѐнное напряжение, чтобы запустить и поддерживать реакцию 
расщепления. Электроды опускаются в воду, к ним подводится ток, а всѐ 
остальное делает падающий на катализаторы солнечный свет. 
Водород можно закачивать в сеть природного газа, преобразовывать в 
электричество с использованием топливных элементов или использовать в 
качестве транспортного топлива для транспортных средств на водородных 
топливных элементах. Возобновляемый источник водорода также может 
помочь 
удовлетворить 
спрос 
металлургических 
заводов, 
нефтеперерабатывающих заводов и предприятий электроники среди других 
секторов, стремящихся «озеленить» свои производственные процессы. 
Водород, полученный в результате электролиза, может храниться в виде 
газа под высоким давлением или в виде жидкости при очень низкой 
температуре, в то время как стабильная химия водорода также означает, что он 
может удерживать энергию дольше, чем любая другая среда. Меньшее 
количество водорода может храниться в надземных резервуарах или баллонах 
под давлением, тогда как большие количества могут закачиваться в сеть 

---

259 
ПРОТЭК’21 ITE’21 
природного газа, даже в подземные пещеры, вместимостью в сотни тысяч 
кубометров. 
Водородный электролизер размером примерно с ISO – контейнер, может 
быть легко установлен рядом с ветряными турбинами или распределительной 
подстанцией. Это поддерживает широкий спектр применений, в том числе для 
локальных и децентрализованных систем, обеспечивающих электричеством и 
топливом транспортные средства, автономные от других инфраструктур. 
Рис. 2. Концепция генерации водорода и электромобильности 
Перспективная 
система 
фотоэлектрического 
электролиза 
для 
преобразования солнечной энергии в водород состоит из двух мембранных 
электролизеров с полимерным электролитом, соединенных с солнечной 
панелью. Средний КПД преобразования солнечной энергии в водород, в 
лабораторных условиях за 48 часов составил 30 %. Эти результаты 
демонстрируют высокий потенциал систем фотоэлектрического электролиза 
для эффективного хранения солнечной энергии. 
Имея низкий показатель вязкости, водород без проблем транспортируется 
по трубам. Его можно хранить в сжиженном, газообразном состоянии. Он 
легок, срок хранения продолжительный. Современные технологии водородной 
энергетики позволяют получать качественный топливный материал с высоким 
коэффициентом теплоотдачи. Этот энергоноситель с легкостью можно 
использовать как в промышленном производстве, так и для отопления жилых 
зданий. Он безопасен для окружающей среды, не токсичен. Не несет угрозы 
человеку и животным. 
Технология электролиза воды является наиболее надежным решением для 
хранения возобновляемой энергии в больших и долгосрочных масштабах. 
Водород является гибкой энергетической средой, и технология производства 

---

260 
ПРОТЭК’21 ITE’21 
газа работает сегодня. Наша задача заключается в расширении производства 
генераторов водорода для удовлетворения потребностей растущей отрасли 
возобновляемой энергетики. 
В заключение, можно сказать, что это всего лишь вопрос времени, когда 
ископаемое топливо станет недоступным. Возобновляемые источники энергии 
являются заменителем ископаемой энергии, поскольку они неисчерпаемы и 
оказывают гораздо меньшее, воздействие на окружающую среду. 
Существенный недостаток возобновляемых источников энергии и, в первую 
очередь, солнечной энергии и энергии ветра, заключается в нестабильности их 
работы. 
Сейчас основной упор делается не на технологии производства энергии из 
ВИЭ, которые в основном отработаны, а на способы ее накопления и хранения. 
Электроэнергия очень плохо поддается «консервированию», но 
энергонакопители все же существуют, причем довольно разнообразные. 
Сейчас это аккумуляторы, но в будущем все большую роль будет занимать 
водород. Дешевая энергия солнца и ветра, преобразованная путем электролиза 
в этот газ, станет доступной для передачи на большие расстояния и 
длительного хранения. 
Несмотря на низкую конкурентоспособность ВИЭ на территории с 
централизованным энергоснабжением, потенциал развития ВИЭ существует в 
зонах децентрализованного электроснабжения. По различным оценкам, порядка 
65–70 % территории РФ с населением 20–25 млн человек сегодня проживают в 
районах ненадежного энергоснабжения. Зачастую в таких территориях для 
получения электроэнергии используются дорогостоящие привозные источники 
энергии. При этом многие из этих территорий совпадают с зонами 
максимального потенциала солнечной и ветряной энергии в России.