Оценка эффективности использования энергии морских волн в районе Кольского полуострова

ВВЕДЕНИЕ
Авторитетные исследования в области энергетики утверждают, что при сохранении нынешних темпов добычи и использования топливно-энергетических ресурсов, запасы последних истощатся через 70-150 лет. Кроме того, эксплуатация многих традиционных электро- и теплостанций влечет за собой целый ряд негативных последствий для экологии планеты. Подсчитано, что при производстве 106 кВтч электроэнергии, на установках, использующих твердое органической топливо, в окружающую среду выбрасывается 14 тыс. кг шлака, 80 тыс. кг золы, 1 млн. кг СО2, 14 тыс. кг SO2, 4 тыс. кг оксидов азота, 100 тыс. кг водяных паров, а также такие вредные химические вещества как фтор, мышьяк, ванадий, диоксины. Это приводит к большому числу отрицательных явлений, среди которых кислотные дожди, превышение содержания вредных химических веществ в воде, почве и воздухе, глобального потепления. Не меньше проблем и в другом традиционном виде энергетики - ядерной. Здесь и необходимость применения большого количества воды, необходимость в захоронении отработанного ядерного топлива, возможные аварии по независящим от человека причинам (последствия цунами для электростанции Фукусима в Японии).
Долгие годы ученые разрабатывают альтернативные, более безопасные, источники энергии, такие как электрохимические и термоядерные преобразователи, а также изучают возможность применения нетрадиционных вариантов, например солнечной, ветровой, волновой энергии [19].
Российская Федерация – большая страна с огромным разнообразием природно-климатических зон. Здесь есть как освоенные, так и практические не заселенные территории. На части из них отсутствует централизованное энергоснабжение, что создает предпосылки к развитию нетрадиционной энергетики. Одним из таких мест является Кольский полуостров, обладающий, к тому же, рядом физико-географических особенностей, делающих его уникальным не только с точки зрения решения энергетических проблем жителей самого полуострова, но в качестве полигона для изучениявозобновляемой энергетики с целью применения полученных знаний в рамках всей страны. Поэтому исследования в данном регионе особенно актуальны.
Целью нашей работы является оценка эффективности применения нетрадиционных источников энергии на территории Кольского полуострова.
Исходя из цели работы, мы можем выделить рядзадач, а именно:
1. Изучение природно-климатическихособенностей Кольского полуострова.
2. Изучение возобновляемых источников энергии, присутствующих на территории Кольского полуострова.
3. Изучение технико-экономических показателей наиболее перспективного из возобновляемых источников энергии натерритории Кольского полуострова.
Гипотезой нашего исследования является утверждение о том, что наиболее перспективной с учетом природно-экономических особенностей региона является волновая энергетика.
Методологической и эмпирической базой работы послужили труды ученых, посвященные природе Кольского полуострова и использованию ее потенциала для выработки энергии.
Методами исследования стали анализ, синтез, обобщение, классификация, сравнение.
Настоящая работа выполнена на 70 страницах машинописного текста, имеет введение, три главы, заключение, три приложения. В работу включено 14 рисунков, 1 таблицаи библиографический список, состоящий из 43 источник.
В первой главе работы изложены основные природно-климатические особенности Кольского полуострова. Вторая глава посвящена изучению разнообразия возобновляемых источников энергии и выделению наиболее перспективного в рамках природных и экономических условий региона. В третье главе даны основные технические и экономические показатели применения наиболее перспективного типа нетрадиционной энергетики на территории полуострова. Заключение содержит основные выводы, сделанные по существу проведенного исследования.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4
Глава 1. КОМПЛЕКСНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА 7
1.1. Кольский полуостров на административной и физической карте Российской федерации 7
1.2. Природные особенности Кольского полуострова 8
1.2.1. Геология, рельеф, полезные ископаемые 8
1.2.2. Климат 10
1.2.3. Водные ресурсы 16
1.2.4. Почвы, растительный и животный мир 17
1.3. Дорожно-транспортная сеть, промышленность и энергетика Кольского полуострова, его удаленность от централизованного энергоснабжения 19
1.4. Военно-стратегическое, культурное и туристическое значение исследуемой территории 25
Глава 2. ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА 28
2.1. Характеристика различных возобновляемых источников энергии, существующих на территории Кольского полуострова 28
2.2. Потенциал возобновляемых источников энергии на территории Кольского полуострова 35
2.2.1. Биоэнергетические ресурсы Кольского полуострова 35
2.2.2. Малая гидроэнергетика Кольского полуострова 35
2.2.3. СЭС 36
Глава 3. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ МОРСКИХ ВОЛН НА ТЕРРИТОРИИ КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА 46
3.1. Оптимальные районы размещения приливных электростанций на территории Кольского полуострова 46
3.2. Варианты и расчет характеристик конструкции приливной электростанции в Лумбовском заливе Кольского полуострова с учетом физико-географических особенностей региона 47
3.3. Оценка экономической эффективности приливных электростанций в сравнении с объектами традиционной энергетики 54
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 57
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 59
ПРИЛОЖЕНИЕ А 64
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 65
ПРИЛОЖЕНИЕ В 67

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В заключении хотелось бы сказать, что рано или поздно человечеству придется решать вопросы, связанные с энергообеспечением в условиях глобальной нехватки такого топлива как нефть, газ и каменный уголь.
В данной проблеме могут помочь возобновляемые источники энергии. Применительно к Кольскому полуострову, как уникальному по своим особенностям региону, мы проанализировали различные способы извлечения энергии из таких источников как геотермальное тепло, ветер, течение, приливы и отливы, солнечная радиация, энергия биомассы.
В результате анализа мы выявили, что наиболее перспективными с точки зрения экономической эффективности могут быть приливные электростанции.
Основные особенности таких электростанций заключаются в:
1. Устойчивой работе в энергосистемах при гарантированной постоянной месячной выработке электроэнергии.
2. Отсутствии негативного влияния на окружающую.
3. Отсутствии влияния на земли (не затапливают сельскохозяйственные угодья, леса и пр.).
4. Отсутствиипотенциальной опасности в отличие от атомных станций.
Капитальные вложения на сооружения ПЭС не превышают затрат на ГЭС благодаря апробированному в России наплавному способу строительства (без перемычек).
При высокой стоимости первоначального строительства, ПЭС демонстрируют низкую себестоимость в будущем, что обеспечивает быструю окупаемость затрат. При очень высоких потенциалах в области приливной энергетики, Россия, на данный момент, использует лишь одну ПЭС малой мощности, являющуюся экспериментальной.
По оценкам экспертов, они могли бы покрыть около 20 процентов всей потребности европейцев в электроэнергии. Подобная технология особенно выгодна для островных территорий, а также для стран, имеющих протяженную береговую линию.
Уже в настоящее время можно обеспечить человечество альтернативной электроэнергией, если вкладывать в это средства.
Экономическая эффективность ПЭС значительно увеличивается в тех случаях, когда они совмещаются с портовыми гидротехническими сооружениями, такими ка молы, волноломы, причалы, оградительные стенки.
Специфика генерирования энергии на однобассейновой ПЭС, которая считаетсяоптимальной схемой использования приливной энергии, создаёт некоторыетрудности для непосредственного включения её в энергосистему. Прерывистостьэнергоотдачи ПЭС в суточном цикле и колебания во внутримесячном периодеперекладывают на другие электростанции энергосистемы ответственность зарегулирование режима работы ПЭС, в том числе, и использования её энергиив дни с пониженной нагрузкой. Наиболее простым решением этой задачи (поглощения энергии ПЭС энергосистемой при регулировании её выработки намаксимум) представляется компенсация колебаний мощности ПЭС совместнос работающими ГЭС(или ГАЭС), имеющими достаточный объём водохранилищ.При работе ПЭС на максимум выработки энергии только около40% тактов еёработы в генераторном режиме может совпасть с пиковыми часамиэнергосистемы. Но с помощью дублирующей мощности, работающих в комплексеэлектростанций и обратимых агрегатов, энергия ПЭС может быть выданав энергосистему в часы повышенных нагрузок и этим самым может бытьдостигнуто снижение нагрузки на ТЭС. Комплекс ПЭС — ГЭС наиболее полно раскрывает возможности ПЭС. Для этого наГЭС должны быть установлены дополнительные агрегаты, а в водохранилищеГЭС должен быть выделен дополнительный объём для осуществлениякомпенсирующего регулирования.
Можно с уверенностью сказать, что стремительное развитие инновационных технологий в области использования возобновляемой энергии ан территории Кольского полуострова внушает уверенность в возможности развития данного региона.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Атлас Мурманской области. – М.: Арбалет-Картография, 2004. – 63 с.
2. Биоэнергетика в России в XXI веке. Российское энергетическое агентство. – Москва: ФГБУ РЭА МИНЭНЕРГО РФ, 2012.
3. Васильев Ю. С. Оценки ресурсов возобновляемых источников энергии в России: справочник – учеб. пособие / Ю. С. Васильев, Безруких П. П., Елистратов В. В., Сидоренко Г. И. СПб.: Изд-во Поли-техн. ун-та, 2009. 250 с.
4. Введенская А.Я., Дертев А.К. Современная геодинамика, битуминозность и газоносность Кольского полуострова//Нефтегазовая геология. Теория и практика. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.ngtp.ru/rub/10/020.pdf (дата обращения – 11.09.2016).
5. Ветроэнергетика в районах СЗФО. Центр маркетинговой компетенции в области чистых технологий маркетинговой группы «Текарт». – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.cleandex.ru/articles/2010/09/10/wind_power_in_szfo (дата обращения - 20.09.2016).
6. Государственная геологическая карта. Геологическая карта. Лист R35(37). Масштаб 1:1000 000. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://geolkarta.ru/list_200.php?idlist=R(35)37 (дата обращения – 14.09.2016).
7. Государственная геологическая карта. Полезные ископаемые. Лист R35(37). Масштаб 1:1000 000. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://geolkarta.ru/list_200.php?idlist=R(35)37&idlist_d=P&gen=1&g=1 (дата обращения – 14.09.2016).
8. Государственная геологическая карта. Схема тектонического районирования. Лист R35(37). Масштаб 1:1000 000. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://geolkarta.ru/list_200.php?idlist=R(35)37&idlist_d=G_st&gen=1 (дата обращения – 14.09.2016).
9. Государственная геологическая карта. Геологическая карта. Лист Q35(37). Масштаб 1:1000 000. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://geolkarta.ru/list_200.php?idlist=Q(35)37дата обращения – 14.09.2016).
10. Государственная геологическая карта. Карта полезных ископаемых. Лист Q35(37). Масштаб 1:1000 000. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://geolkarta.ru/list_200.php?idlist=Q(35)37&idlist_d=P&gen=1&g=1 дата обращения – 14.09.2016).
11. Государственная геологическая карта. Схема тектонического районирования. Лист Q35(37). Масштаб 1:1000 000. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://geolkarta.ru/list_200.php?idlist=Q(35)37&idlist_d=G_st&gen=1 дата обращения – 14.09.2016).
12. Государственный водный реестр России.. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://textual.ru/gvr (дата обращения – 17.09.2016).
13. Городов Р.В. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: учебное пособие/ Р.В. Городов, В.Е. Губин, А.С. Матвеев. – 1-е изд. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. – 294 с.
14. Золотов Л. А. Опыт и перспективы использования энергии морских приливов / Л. А. Золотов // Энергетик : ежемесячный производственно-массовый журнал .— М., 2010 .— №7 .— С. 30-33.
15. Кольский полуостров // Кольская энциклопедия. В 5-и т. Т. 2. Е-К / Гл. ред. А. Н. Виноградов. — Санкт-Петербург: ИС ; Апатиты: КНЦ РАН, 2009.
16. Королева Н.Е. Растительность Мурманской области как компонент биоразнообразия///Вестник МГТУ, том 12, №1, 2009 год. С. 153-156.
17. Классификация и диагностика почв России/ Л.Л. Шишов, В.Д. Тонконогов, И.И. Лебедев, М.И. Герасимова. – Смоленск: Ойкумена, 2004 – 342 с.
18. Лабейш В.Г. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: учеб.пособие. - СПб: СЗТУ, 2003.-79 с.
19. Ляшков В.И., Кузьмин С.Н. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: Учебное пособие. – Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2003. – 96 с.
20. Магомедов К.М.. Теоретические основы геотермии. – М.: Наука, 2001. – 278 с.
21. Минин В.А. Кольская энергосистема: состояние и перспективы развития//Труды Кольского научного центра РАН. – Апатиты: КНЦ РАН 2015. – №10.
22. Минин В.А., Дмитриев Г.С. Перспективы освоения нетрадиционных и возобновляемых источников энергии на Кольском полуострове. – Мурманск: Объединение Bellona, 2007. – 94 с.
23. Минин В.А. Перспективы развития возобновляемой энергетики в зонах децентрализованного энергоснабжения Мурманской области // Труды КНЦ РАН. Серия Энергетика. – Апатиты: КНЦ РАН, 2012. – №1 (8).
24. Мурманская область. Паспорт. – М.: Минпромторг России, 2014. – 8 с.
25. Мурманское морское пароходство. Расписание движения теплохода Клавдия Еландская. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.msco.ru/ru/fleet/passenger-fleet/timetable-k-elanskaya (дата обращения: 19.09.2016).
26. Наумов В.Д. География почв. – М.: КолосС, 2008. – 288 с.
27. Научно-прикладной справочник по климату. Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://aisori.meteo.ru/ClspR (дата обращения: 19.09.2016).
28. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3. Многолетние данные. Часть 1-6. Выпуск 3. Мурманская область. – Ленинград: Гидрометеоиздат, 1988. – 316 с.
29. Октябрьская железная дорога, карта-схема. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: (дата обращения: 19.09.2016).
30. Ольховик Е.О. Буцанец А.А. Оценка экономической эффективности применения прибрежных и морских энергоблоков для удовлетворения нужд потребителей//Вестник Астраханского государственного технического университета. – Астрахань: АГТУ, 2016. - №1.
31. Официальный туристический портал Мурманской области. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.murmantourism.ru/ru/statistics (дата обращения 9.03.2015).
32. Перечень классифицированных и эталонных туристических спортивных маршрутов и препятствий. – М: ТССР, 2008. – 144 с.
33. Приливные электростанции. Под ред. Бернштейна Л.Б. –М.: Энергиздат,1987.-296с.
34. Реки и озера Мурманской области: дайджест / МУК Севером. централиз. библ. система, Информ.-библиогр. отд; [сост. О. А. Авраменко]. – Североморск, 2008. – 44с.
35. Сибикин Ю.Д., Сибикин М.Ю. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: учебное пособие. – 2-е издание, стер. – М.: КРОНУС, 2012. – 232 с.
36. Статистика погоды. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://rp5.ru/ (дата обращения: 19.09.2016).
37. Схема автомобильных дорог общего пользования Мурманской области. . – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.kolamap.ru/topo/avtodor.htm (дата обращения: 19.09.2016).
38. Транспорт Мурманской области. Гражданские аэропорты Мурманской области. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://51transport.ru/samoletyi-3/ (дата обращения: 19.09.2016).
39. Усачев И. Н., Шполянский Ю. Б., Историк Б. Л. и др. Приливные электростанции (ПЭС) — источник энергии, запасаемый в водороде // 2-й международный форум «Водородные технологии для развивающегося мира». Тезисы докладов, 2008.
40. Фадеев А.М., Череповицын А.Е., Ларичкин Ф.Д.. Возможности и перспективы Мурманской области в освоении углеводородных ресурсов Арктического шельфа// Экономические и социальные перемены: факты, тенденции, прогноз. – М.: 2011. – №4.
41. Шполянский Ю. Энергия морских глубин // Вестник Русгидро, 2009. – Т. 15, вып. 1,40
42. Энергия ветра – перспективный возобновляемый энергоресурс Мурманской области: препринт / В.А.Минин, Г.С.Дмитриев, Е.А.Иванова и др. – Апатиты: КНЦ РАН, 2006. – 73 с.
43. WindTechnologiesMarketReport 2015. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://emp.lbl.gov/sites/all/files/2015-windtechreport.final_.pdf (дата обращения - 11.09.2016).