Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого  Целью настоящей программы является подготовка магистров обладающих навыками научноисследовательской, проектной, технологический, инвестиционной деятельности в области проектирования, строительства и управления объектов возобновляемой энергетики (гидроэлектростанций, ветро-электростанций, солнечных электростанций, энергокомплексов на основе ВИЭ и т.п.) с учётом современных требований. Основной концепцией реализуемой программы является формирование знаний и компетенций об объекте, функционирующем на основе использования возобновляемых источников  энергии как о системном объекте, взаимодействующем с окружающей природной и ресурсной средой, с технической и технологической системами, с электроэнергетической системой, со строительно-монтажными технологиями производством работ, с социальной и финансово-экономической системой и др. Данный подход позволяет, используя в полной мере политехнический принцип образования, сформировать единое междисциплинарное образовательное пространство, состоящее из взаимосвязанных областей подготовки высококлассных специалистов в области проектирования, строительства и управления объектов возобновляемой энергетики. Выпускники востребованы в организациях, связанных с проведением научно-исследовательских работ, проектированием, строительством и эксплуатацией объектов возобновляемой энергетики, а также в энергетических структурах районных и городских администраций. Используя полученные системные знания выпускники могут быть востребованы и легко адаптированы в организациях общестроительного и энергетического профиля.

1. 1
Возобновляемая
энергетика – что это
такое?
Елистратов В.В.,
д.т.н., профессор СПбГПУ,
Заслуженный энергетик РФ

2. Большинство источников энергии ( за исключением
ядерной и геотермальной энергии) являются
продуктом преобразования солнечной энергии, но за
разный временной промежуток.
Источники энергии можно разделить на два вида:
исчерпаемые или невозобновляемые и
неисчерпаемые или возобновляемые.
Невозобновляемые источники энергии - это
природные запасы веществ, которые могут быть
использованы человеком для производства энергии.
Прежде всего, это энергия органических топлив - угля,
нефти и газа, а также ядерного топлива.
Возобновляемые источники энергии (ВИЭ)- это
непрерывно циркулирующие потоки энергии,
возникающие в атмосфере и на поверхности планеты
в результате взаимодействия веществ, сил и энергий

3. Источники первичной
энергии
Солнце
Тепловые
процессы в
ядре Земли
Силы
тяготения
небесных тел
Деление и
синтез
атомных ядер
Энергия,
аккумулированная в
недрах ( Н И Э )
Энергия солнечного
излучения
( В И Э )
Геотермальна
я энергия
( В И Э )
Приливная
энергия
( В И Э )
Ядерная
энергия
(Н И Э )
Термо-
ядерная
АтомнаяУголь Нефть Газ
Лучистая
энергия
Гидро
энергия
Энергия
ветра
Источники энергии на Земле
Био
энергия

5. Мировой экономический потенциал
возобновляемых источников
энергии оценивается в 20 млрд.тут.
в год или
160000 ТВт-ч/год ,
что в два раза превышает объем
годовой добычи всех видов
органического топлива.

6. Установленная мощность
электростанций в мире (2013 год)
Общая мощность ЭС, ГВт 51000
в том числе ЭС на ВИЭ: 1627,4 (29%)
крупные ГЭС, ГВт 985
ВЭС, ГВт 335
малые ГЭС, ГВт 120
биоЭС, ГВт 94 (2010)
СолнФЭС, ГВт 124,4
ГеоТЭС, ГВт 11

7. Производство электроэнергии
в мире (2012г.)
20514 ТВт-ч23127
21,5
3,6
16,5

8. Движущие силы ускоренного развития ВИЭ
Снижение зависимости от импорта углеводородов,
создание энергетической инфраструктуры на основе
собственной ресурсной базы для повышения
энергетической безопасности
Улучшение экологической ситуации, экологические
преимущества этих источников, отсутствие эмиссии
парниковых газов,
Развитие наукоемких, инновационных
и технологичных отраслей промышленности
Снижение стоимости оборудования и энергии от
ВИЭ, за счет совершенствования технологий и
ужесточения экологических требований
Экономия запасов углеводородов

9. 15.12.2015 9
Системы электроснабжения России

10. 2011*
АЭС ГЭС и ВИЭ ТЭС
Стратегические ориентиры развития
электроэнергетики России 10
• В соответствии с Энергетической стратегией России на период до 2030 года,
утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 13.11.2009 №
1715-р, предполагается опережающее развитие атомной, угольной и
возобновляемой энергетики (включая гидроэнергетику), направленное на
диверсификацию топливно-энергетического баланса страны.
• В соответствии с Генеральной схемой размещения объектов электроэнергетики до
2030 года, одобренной на заседании Правительства Российской Федерации
03.06.2010, в период 2010-2030 годов рекомендуется ввести в эксплуатацию 11,8 ГВт
ГЭС и (в т.ч. 3 ГВт ГАЭС) в базовом варианте и 15,8 ГВт (5,6 ГВт) в максимальном
варианте.
1й этап 2й этап 3й этап
26,1-28,6%23-24%22-23%20,4%
* Отчетные данные за 2011 год

11. Гидроэнергетический потенциал России
11
Европейская часть –
освоено около 50%
Дальний Восток –
освоено около 5%
Сибирь –
освоено около 20%
Гидроэнергетические ресурсы России
(согласно исследованиям прежних лет)
 Второе место после Китая по экономически эффективному
гидропотенциалу
 Более 400 разведанных створов
 Освоенный гидроэнергопотенциал (170 млрд кВтч/год ежегодно
позволяет экономить 55 млн тонн условного топлива для
будущих поколений граждан России
20% 50% 20% 5%
МлрдкВтч
Чистая энергия

12. Валовые ВЭР - 80 х 1015 кВт-ч/г, технические ВЭР– 6.2х1015 кВт-ч /г, экономические 31х1012 кВт-/г.
Около 38% сосредоточено в Европейской части, около 30% сконцентрировано на Дальнем
Востоке, около 16% в Западной Сибири и около 16% в Восточной Сибири.
Оценки оффшорных ветроэнергетических ресурсов России, составляет около 23 х 1012кВт-ч /г.
Ресурсы ветровой энергии России

13. Планы по строительству СЭС до 2020 года
15
10
40
59
95
25
10
13
Строительство солнечных электростанций в рамках
Постановления Правительства РФ от 28.05.2013 №449
Регион Мощность,
МВт
Саратовская обл. 40
Респ. Башкортостан 59
Оренбургская обл. 95
Омская область 10
Респ. Алтай 15
Респ. Бурятия 25
Забайкальский край 10
ИТОГО 254
- общая установленная мощность
СЭС в регионе, МВт
10
Проекты, отобранные по результатам
конкурентного отбора 2013-2014

14. Приплотинная Усть-Илимская ГЭС
(N= 3840 МВт)
14

15. Сетевой Ветропарк

19. 122.5м
135м
Enercon E-126,
6 МВт
Vestas V-80 и
Боинг 747
Петропавловская
крепость

20. СФЭС «ПЕРОВО»
Солнечный парк мощностью 105,6 МВт
* от даты начала генерации до 28.02.2014

21. Sarnia Photovoltaic Power Plant, Канада
97 МВт, 120 тысяч МВт-ч, площадь 380 га, 1,3 миллиона модулей
экономия выбросов СО2– 39 тысяч тонн в год.

22. Montalto di Castro PV Power Plant, Италия
84,2 МВт

23. Реализованные проекты
 Кош-Агачская солнечная электростанция мощностью 5 МВт
23

24. столы для наземного
размещения ФЭМ
ограждение, хоз. постройки, дорожное полотно и система охраны
преобразователи
постоянного тока в
переменный
Дополнительное
оборудование:
Кабельная, соединительная и
коммутационная продукция
для объединения цепочек
ФЭМ, подключения к
инвертерам и
трансформаторам
Сетевые
инверторы
Опорные
конструкции
Инфраструктура
Трансформатор
повышающий
на10(20) кВ
линия электропередач от СЭС до
существующей ТП
Воздушная линия (ВЛ)
ТП повышающая для
подсоединения к
существующим сетям
Трансформаторная
подстанция (ТП)
Высоковольтная линия
электропередач
Типовой проект СЭС:
Внешний вид солнечной электростанции
24

25. ВДЭС

26. 26
СДЭС 100 кВт, п.Яйлю Республика
Алтай

27. Внедрение интеллектуального управления для распределенной генерации
(на примере автономной ВДЭС в Ямало-Ненецком автономном округе
44
46
48
50
52
54
56
58Выработка,МВтч
Помесячная выработка энергии 1 ВЭУ
Мощность ВДЭС – 2х200 кВт ВЭУ+ 2х 256 кВт ДЭУ
Среднегодовая выработка 1 ВЭУ:
Э1агр=357,0МВт∙ч
Среднегодовая выработка с учетом простоев:
Э1агр=325,0 МВт∙ч Ср=36%
Ветроэнерге
тические
ресурсы на
высоте 30 м

28. Разрез русловой малой ГЭС
НПУ
УМО
УНБ
УНБ
макс
мин

29. МГЭС Кызыл-Хая, Республика Тыва
( проект и оборудование – ЗАО МНТО «ИНСЭТ»)
Три агрегата по 50 кВт
Станция введена в эксплуатацию в 2001 г.
Станция построена за
15 месяцев
Здание выполнено из
лиственницы с
металлическим каркасом

30. Акбашская МГЭС,
Кабардино-Балкария
Станция восстановлена в 1995 г.
МГЭС оснащена двумя
гидроагрегатами ГА8
Мощностью по 500 кВт
Реконструкция гидростанций:
Лукомльская МГЭС, Белоруссия
Станция введена в эксплуатацию в 2000 г.
На МГЭС установлено четыре
гидроагрегата Пр15 по 70 кВт

33. 33
Схема энергокомплекса на полигоне ТБО
Вертикальные
скважины
Котел-
утилизатор
Дизельная
электростанция
Компрессор
Энерго-
система
ВЭУ
Горизонтальные
скважины
Коллекторные
трубопроводы
Пункт очистки,
о с у ш к и и
распределения
биогаза
Расчетная средняя
эмиссия метана - 5 млн.
м3/год.
Ежегодное
производство
электроэнергии - 16,4
млн. кВт·ч.
0
5
10
15
20
2005
2010
2015
2020
2025
2030
2035
2040
Время, годы
Выработкаэлектроэнергии,
млн.кВт*ч
ДЭС+ВЭУ ВЭУ
Санкт-Петербургский государственный политехнический
университет

34. Экспериментальные исследования
автономного энергокомплекса ВЭУ-СФЭУ-ДГ-АБ
1. ВЭУ Мощность – 2 кВт
Диаметр ротора - 2,8 м.
2. СФЭУ Пиковая
мощность – 2 кВт. Площадь
панелей – 15 м2.
3. ДГ Мощность – 2,5 кВт.
Расход топлива - 1,1 л/ч.
4. АКБ Емкость – 810 Ач.
Напряжение – = 24 В

35. Amonix Inc., USA
www.amonix.com
Concentrix Solar/Soitec
www.soitec.com
Ioffe Institute,
www.ioffe.ru
Emcore (США)
www.emcore.comSolFocus (США)
www.solfocus.com
Концентраторные фотоэнергоустановки различных компаний

36. СФЭУ для уличного освещения

37. Из ежегодного доклада IEA «WORLD
ENERGY OUTLOOK 2011»:
Доля возобновляемых источников энергии
(исключая большую гидроэлектроэнергетику) в
производстве электроэнергии увеличится с 3% в
2009 году до 15% в 2035 году.
Ожидается почти пятикратное увеличение
ежегодных инвестиций в эту отрасль.
Преимущественное развитие технологии ВИЭ
получат в Китае и Европейском Союзе, где будет
возведено около половины новых мощностей.

38. Приплотинная ГЭС

39. Мощность водотока
N0 = gQH =  QH= 9810QН, (Вт)
Мощность турбины
Nт = No т , NT = 9,81QНт,
Nга = Nт ген = 9,81QНга
где га = т ген – КПД гидроагрегата
Мощность гидроагрегата
Выработка электроэнергии ГЭС
Э ГЭС = Nт ген t = 9,81Q t Нга , кВт-ч

40. Плотность солнечного излучения
Солнечная постоянная
Ec = 1367 Вт/м2:
ч
i
ч
i
пр
горiAiOHгазiOiRiZС
пр
гор KτττττΘЕE   23
cos
R A 3O газ OH2

коэффициенты пропускания солнечных лучей через атмосферу ,
учитывающие рассеяние и поглощение солнечного излучения
озоном, газовой смесью, водой
ZΘcos Угол наклона солнечных лучей к поверхности Земли

41. Среднегодовая плотность солнечного излучения
 - 1367 Вт/м² - на внешней границе
атмосферы
 - 1000 Вт/м² максимальная на
поверхности земли
 − 210−250 Вт/м² - в субтропических
областях и пустынях ;
 − 130−210 Вт/м² - в средних широтах;
 − 80−130 Вт/м² - в северных районах.
41

42. Изменение плотности солнечного излучения
в течении суток и сезонов
42
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
0
200
400
600
800
1000
1200
Июнь
Март
Декабрь
Плотностьпотокасолнечного
излучения,Вт/м
2
Время дня, ч

43. Фотоэлектрическое преобразование
солнечной энергии.
Рост КПД солнечных элементов

44. Типы солнечных фотоэлектрических установок
Следящая солнечная установка с концентраторами СИ
Неподвижная солнечная установка
Солнечный модуль
Ячейка с
многопереходным СЭ
Солнечная установкаКремниевый
солнечный элемент
Солнечный модуль Солнечная установка

45. Автономное электроснабжение

46. Солнечная печь
В 45 км от Ташкента на территории Института материаловедения НПО "Физика-
Солнце" Академии наук Республики Узбекистан находится уникальное сооружение
- Большая Солнечная Печь. Запущена в 1987 году. Мощность – 1 МВт

47. Солнечная термодинамическая электростанция
Мощность 10 МВт, использовалось 1818 зеркал, каждое 40 м², общей площадью
72,650 м². Функционировала с 1982 по 1986 гг.
.

48. Солнечные водонагревательные установки с плоскими тепловыми
коллекторами

49. Природа образования ветра на Земле
Циркуляция ветра в атмосфере

50. Формирование местных ветров
(прибрежных муссонов)

51. Характеристики ветрового потока






  2
0
3
max
)()(613,0
м
Вт
dfNВП


Мощность ветрового потока
0
5
10
15
20
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
ПовторяемостьdF,%
Скорость ветра u, м/с
По атласу ветров России МС
Кемь-порт, (h=11.8м)
Распределение Вейбулла при
k=2.05, A=4.67
Повторяемость скорости ветра
2
v3
в  FCрNВЭУ 
Мощность ветроэнергетической установки
Ср – коэффициент мощности, - плотность воздуха , F – площадь, ометаемая
ветроколесом


52. Ротор Савониуса
Двух-ковшовая ветровая
турбина
Чашечный
aнемометр

54. Аэродинамическое обтекание лопасти
Подъемная сила

55. Зависимость
коэффициента
мощности Ср от
типа ветроколеса
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Быстроходность Z
КоэффициентмощностиСр
1. Критерий Бетца-Жуковского - 59%
2. Критерий Глауэрта - (идеальный пропеллер)
3. Трехлопастное ветроколесо
4. Двухлопастное ветроколесо (высокооборотное)
5. Вертикальноосевые ветроустановки типа Даррье и Масгроув
6. Многолопастные ветронасосы
7. Вертикальноосевые ветроустановки типа Савониуса
2
1
3
4
5
6
7

56. Типы ветроэнергетических установок
Вертикально-осевые (Дарье) Горизонтально-осевые

57. Горизонтально-осевые турбины с различным
числом лопастей

58. Гондола WWD-3 без оболочки

59. 59

60. ПРИНЦИПЫ ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ ПО ПРОФИЛЮ
1. Политехнический подход, сочетающий фундаментальную и специальную
подготовку
2. Системность обучения, учитывающая межотраслевые связи
3. Гармоничное сочетание компьютерных технологий и экспериментальных
исследований при проектировании и строительстве уникальных гидро-
энергетических и объектов ВИЭ
Энергетический
объекта на основе
ВИЭ
Природные,
технические,
экономические
оценки
Технические и
технологические
решения
Проектно-
строительные
решения
Социально-
экономические
обоснования
Управленческие
решения и
интеграция с
энергосистемой
Экологические
решения
Нормативно-
правовое
регулирование

61. Где этому обучают?
В инженерно-строительном институте
на кафедре «Водохозяйственное и
гидротехническое строительство» в рамках
направления 270800 «Строительство» открыт
для бакалавров профиль: 270800.62.04
Строительство объектов возобновляемой
энергетики»
для магистров программа: 270800.68.04
«Проектирование, строительство и менеджмент
объектов возобновляемой энергетики»

62. Привлечение студентов к научным исследованиям с
использованием современной лабораторной базы научно-
образовательного центра «Возобновляемые виды энергии и
установки на их основе»
Научный руководитель центра -
академик РАН Васильев Ю.С.
Директор – профессор Елистратов
В.В.
Лаборатория
гидроэнергетических установок
Лаборатория
ветроэнергетических установок
Учебно-научный центр технологий
преобразования и аккумулирования
энергии возобновляемых источников
Студенческое конструкторское бюро
малой гидроэнергетики

63. ВИДЫ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ВЫПУСКНИКОВ
И ПАРТНЕРЫ КАФЕДРЫ
Научно-исследовательская
Проектно-конструкторская
Эксплуатационная
Строительно-монтажная
Экспертная
Оценочная
Управленческая
Всемирный ветроэнергетический институт
ОАО "Газпром"
ОАО "ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева"
ОАО "РусГидро"
ОАО "ТГК-1"
ОАО "Спецгидроэнергомонтаж".
ОАО "ПетроСГЭМ"
МНТО "ИНСЭТ"
КТБ "Ленгидросталь"
Америкэн Аппрейзэл.
Федеральная служба по экологическому,
технологическому и атомному надзору
Группа компаний "Городской центр экспертиз"
ООО «Институт проблем предпринимательства»