alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2017.28-30.012-024alternative-1234Research ArticleВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКАRENEWABLE ENERGYСРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭКСПЛУАТАЦИИ СОЛНЕЧНЫХ МОДУЛЕЙ В АРКТИЧЕСКОМ КЛИМАТЕ РОССИИ И КАНАДЫCOMPARATIVE ANALYSIS OF SOLAR MODULES OPERATION IN THE ARCTIC CLIMATE OF RUSSIA AND CANADAБодроваЕ. С.BodrovaE. S.

аспирант кафедры «Электрические станции, сети и системы электроснабжения»

Postgraduate of Electric Stations, Grids and Electric Supply Systems Dept.

solominev@susu.ruДолгошеевВ. В.DolgosheevV. V.

студент магистратуры

Master’s Student

solominev@susu.ruКирпичниковаИ. М.KirpichnikovaI. M.

д-р техн. наук, профес- сор кафедры «Электрические станции, сети и системы»

Ph.D. (engineering), Professor of Electric Stations, Grids and Systems Dept.

solominev@susu.ruКоробатовД. В.KorobatovD. V.

канд. тех. наук, доцент кафедры «Электрические станции, сети и системы электроснабжения»

Ph.D., (engineering), Associate Professor (docent) of Electric Stations, Grids and Electric Supply Systems Dept.

solominev@susu.ruМартьяновА. С.MartyanovA. S.

канд. тех. наук, доцент кафедры «Электрические станции, сети и системы электроснабжения»

Ph.D. (engineering), Associate Professor (docent) of Electric Stations, Grids and Systems Dept.

solominev@susu.ruСироткинЕ. А.SirotkinE. A.

аспирант кафедры «Электрические станции, сети и системы»

postgraduate of “Electric Stations, Grids and Systems”

solominev@susu.ruСоломинЕ. Е.SolominE. E.

аспирант кафедры «Летательные аппараты»

Ph.D. Student

solominev@susu.ruЮжно-Уральский государственный университетРоссияSouth-Urals State UniversityRussian Federation201711012018028-301224Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20182018Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/1234

В статье произведено сравнение и выявлены общие черты и различия в энергоснабжении двух крупных арктических держав – России и Канады. Проанализирована проблема надежности электроснабжения отдаленных потребителей арктической зоны Российской Федерации (АЗРФ) и арктических территорий Канады с их потребителями в виде общин и горнодобывающих предприятий. Рассмотрено существующее на сегодняшний день энергообеспечение потребителей Арктической зоны и выявлены основные проблемы, связанные с этим положением. Определены регионы с централизованным и децентрализованным энергоснабжением. Установлено, что в большинстве отдаленных поселений единственным надежным источником электроснабжения на сегодняшний день являются дизельные электростанции (и гидроэлектростанции в Канаде). Негативными факторами данного способа энергоснабжения являются воздушное и шумовое загрязнение окружающих территорий, пожароопасность, высокий расход топлива, а также вероятность разлива дизельного топлива при его транспортировке. Данные факторы в большинстве своем обусловлены тем, что в Арктической зоне эксплуатируется либо устаревшее, либо заканчивающее свой срок эксплуатации оборудование. Одним из решений проблемы электроснабжения может быть использование возобновляемых источников энергии, в частности солнечной энергии, поскольку солнечная энергия является наиболее перспективным, широко распространенным и чистым источником энергии. В статье рассматривался опыт эксплуатации солнечных модулей в арктической части России и Канады, описана наиболее надежная схема электроснабжения для данных территорий. Проанализированы факторы, влияющие на выработку электроэнергии от солнечных модулей. Сделаны основные выводы о проблеме эксплуатации солнечных модулей в широком диапазоне характеристик и необходимости адаптации модулей к условиям арктического климата.

 

The paper makes a comparison and reveals the common and distinctive features in the energy supply of the two major Arctic powers–Russia and Canada. The paper analyzes the problem of reliable power supply to remote consumers of the Arctic zone of the Russian Federation and Canada's Arctic territories with their consumers in the form of communities and mining enterprises. The existing energy supply for the Arctic consumers has been considered and the main problems associated with this situation have been revealed. Regions with centralized and decentralized energy supply are identified. It was found that in most remote settlements, the only reliable source of electricity today is diesel power plants (and hydroelectric power plants in Canada). The negative factors of this way of energy supply are air and noise pollution of surrounding areas, fire hazard, high fuel consumption as well as the probability of spilling diesel fuel during its transportation. These factors are mainly due to the fact that in the Arctic zone either outdated or end-of-life equipment is used. One of the solutions to the problem of reliable electricity supply can be the use of renewable energy sources, in particular solar energy because the one is the most promising, widely distributed and clean source of energy. The paper describes the experience of operating solar modules in the Arctic part of Russia and Canada and gives the most reliable power supply scheme for these territories. The paper analyzes the factors affecting the generation of electricity from solar modules. The main conclusions are drawn on the problem of the operation of solar modules in a wide range of characteristics and the need for adaptation of the modules to the conditions of the Arctic climate.

 

солнечная энергетикасолнечный модульпрогнозанализэксплуатацияАрктикаРоссияКанадаsolar energysolar moduleforecastanalysisexploitationArcticRussiaCanadaReferencesСелина, В.С. Север и Арктика в новой парадигме мирового развития: актуальные проблемы, тенденции, перспективы. Научно-аналитический доклад / В.С. Селина [и др.]. – Апатиты: КНЦ РАН, 2016. – 420 с.[1] Selina V.S., Skuf’ina T.P., Bashmakova E.P., Toropushina E.E. North and the Arctic in a new paradigm of world development: current problems, trends, prospects (Sever i Arktika v novoi paradigme mirovogo razvitiya: aktual'nye problemy, tendentsii, perspektivy.) Scientific and analytical report, Apatity: KSC RAS, 2016 (in Russ.).Русская Арктика (фото, карты, описание) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://sevprostor.ru/poleznoe-interesnoe/arctic/542-arctic.html. – (Дата обращения: 18.09.2017).[2] Russian Arctic (photo, maps, description) (Russkaya Arktika (foto, karty, opisanie) [E-resource]. Available on: http://sevprostor.ru/poleznoeinteresnoe/arctic/542-arctic.html. Russian Arctic (photo, maps, description) (09.18. 2017) (in Russ.).О сухопутных территориях Арктической зоны Российской Федерации: указ Президента Российской Федерации от 02.05.2014 г. № 296[3] On the land territories of the Arctic zone of the Russian Federation: Decree of the President of the Russian Federation (O sukhoputnykh territoriyakh Arkticheskoi zony Rossiiskoi Federatsii: ukaz Prezidenta Rossiiskoi Federatsii) of 05.02.2014 (in Russ.).Государственная программа Российской Федерации ‹‹Энергоэффективность и развитие энергетики›› на 2013–2020 гг. (распоряжение от 3 апреля 2013 г., № 512-р) [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://government.ru/docs/1171/ (Дата обращения: 15.09.17).[4] Gosudarstvennaya programma RF “Energoehffektivnost' i razvitie ehnergetiki” na 2013– 2020 (распоряжение от 3 апреля 2013 г., № 512-р) [E-resource]. Available on: http://government.ru/docs/1171/ (15.09.17).Состояние возобновляемой энергетики 2016 глобальный отчет [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2016/10/REN21_GSR2016_KeyFindings_ RUSSIAN.pdf. – Состояние возобновляемой энергетики 2016 глобальный отчет. – (Дата обращения: 17.09.2017).[5] Status of renewable energy 2016 global report (Sostoyanie vozobnovlyaemoi energetiki 2016 global'nyi) [E-resource]. Available on: http://www.ren21.net/wp-Попель, О.С. Использование возобновляемых источников энергии для энергоснабжения потребителей в Арктической зоне / О.С. Попель [и др.] // Журнал «Арктика: экология и экономика». – 2015 – №1(17). – С. 64–69.content/uploads/2016/10/REN21_GSR2016_KeyFindings_RUSSIAN.pdf.- The state of renewable energy 2016 global report (09.17. 2017) (in Russ.).Бердин, В.Х. Возобновляемые источники энергии в изолированных населенных пунктах Российской Арктики / В.Х. Бердин [и др.]. М.: Всемирный фонд дикой природы (WWF), 2017. – 80 с.[6] Popel O.S., Kiseleva S.V., Morgunova M.O., Gabderakhmanova Т.S., Tarasenko A.B. Use of renewable energy sources for energy supply of consumers in the Arctic zone (Ispol'zovanie vozobnovlyaemykh istochnikov energii dlya energosnabzheniya potrebitelei v Arkticheskoi zone). Journal of the Arctic: Ecology and Economics, 2015;1(17):64–69 (in Russ.).Коновалова, О.Е. Малая возобновляемая энергетика на северо-западе Арктики / О.Е. Коновалова, Г.В. Никифорова // Труды Кольского научного центра РАН. – 2016. – №1-12 (35). – С. 117–131[7] Berdin V.K., Kokorin A.O., Yulkin G.M., Yulkin M.A. Renewable energy sources in isolated settlements of the Russian Arctic (Vozobnovlyaemye istochniki energii v izolirovannykh naselennykh punktakh Rossiiskoi Arktiki). Moscow: World Wildlife Fund (WWF), 2017 (in Russ.).Powering Canada’s Territories [Электронный ресурс].[8] Konovalova O.E., Nikiforova G.V. Small renewable energy in the north-west of the Arctic (Malaya vozobnovlyaemaya energetika na severo-zapade Arktiki). Proceedings of the Kola Science Center of the Russian Academy of Sciences, 2016;1–12(35);117–131 (in Russ.).– Режим доступа: https://sencanada.ca/content/sen/committee/412/enev/rep /rep14jun15-e.pdf.-PoweringCanada’sTerritories. – (Да-та обращения: 19.09.2017).[9] Powering Canada's Territories [E-resource]. Available on: https://sencanada.ca/content/sen/committee/412/enev/rep /rep14jun15-e.pdf.-PoweringCanada'sTerritories (09.19. 2017) (in Eng.).Report on the State of Alternative Energy in the Arctic [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://curve.carleton.ca/system/files/faculty_staff_resear ch_publication/08515c6b-3b39-4c41-ad7b-2c6306cf0379/fac_staff_res_pub_pdf/d9833b6ff19ff098 e44032a87026605f/cherniak-etalalternativeenergyarctic.pdf.- Report on the State of Alternative Energy in the Arctic.- (Дата обращения: 19.09.2017).[10] Report on the State of Alternative Energy in the Arctic [E-resource]. Available on: https://curve.carleton.ca/system/files/faculty_staff_resear ch_publication/08515c6b-3b39-4c41-ad7b-2c6306cf0379/fac_staff_res_pub_pdf/d9833b6ff19ff098 e44032a87026605f/ cherniak-etalalternativeenergyarctic.pdf. – Report on the State of Alternative Energy in the Arctic (09.19. 2017) (in Eng.).Karanasios, K. Recent Developments in Renewable Energy in Remote Aboriginal Communities / K. Karanasios, P. Parker. – NWT, Canada. PCED Vol 16 | Renewable energy in remote Aboriginal communities, NWT. – P. 41–53. DOI: http://dx.doi.org/10.15353/pced.v16i0[11] Karanasios K., Parker P. Recent Developments in Renewable Energy in Remote Aboriginal Communities, NWT, Canada. PCED Vol 16 | Renewable energy in remote Aboriginal communities, NWT, pp. 41–53. DOI: http://dx.doi.org/10.15353/pced.v16i0; (in Eng.).Karanasios, K. Recent Developments in Renewable Energy in Remote Aboriginal Communities / K. Karanasios, P. Parker. – Yukon, Canada. PCED Vol 16 | Renewable energy in remote Aboriginal communities, Yukon. – P. 29–40. DOI: http://dx.doi.org/10.15353/pced.v16i0[12] Karanasios K., Parker P. Recent Developments in Renewable Energy in Remote Aboriginal Communities, Yukon, Canada. PCED Vol 16 | Renewable energy in remote Aboriginal communities, Yukon, pp. 29–40. DOI: http://dx.doi.org/10.15353/pced.v16i0; (in Eng.).Karanasios, K. Recent Developments in Renewable Energy in Remote Aboriginal Communities / K. Karanasios, P. Parker. – Nunavut, Canada. PCED Vol 16 | Renewable energy in remote Aboriginal communities, Nunavut. – P. 54–64. DOI: http://dx.doi.org/10.15353/pced.v16i0[13] Karanasios K., Parker P. Recent Developments in Renewable Energy in Remote Aboriginal Communities, Nunavut, Canada. PCED Vol 16 | Renewable energy in remote Aboriginal communities, Nunavut, pp. 54–64. DOI: http://dx.doi.org/10.15353/pced.v16i0; (in Eng.).Шакирова, В.А. Методика учета влияния облачности на поток солнечной радиации по данным архивов метеостанций / В.А. Шакировa, А.Ю. Артемьев // Системы. Методы. Технологии. – 2014. – № 4 (24). – С. 79–83.[14] Shakirova V.A., Artemyev A.Y. Method of accounting for the effect of clouds on the flux of solar radiation from the data of weather station archives (Metodika ucheta vliyaniya oblachnosti na potok solnechnoi radiatsii po dannym arkhivov meteostantsii). Journal of Systems. Methods. Technologies, 2014;4(24);79–83 (in Russ.).Моргунова, М.О. Энергия Арктики / М.О. Моргунова, А.Я. Цуневский / под научн. ред. В.В. Бушуева. – М.: ИЦ «Энергия», 2012. – 84 с.[15] Morgunova M.O., Tsunevsky A.Y. Energy of the Arctic (Energiya Arktiki) / Ed. Bushuev V.V. – Mos-cow: Information Center “Energy”, 2012 (in Russ.).Моргунова, М.О. Энергоснабжение Российской Арктики: углеводороды или ВИЭ / М.О. Моргунова, Д.А. Соловьев // Энергетическая политика. – 2016. – № 5. – С. 44–51.[16] Morgunova M.O., Soloviev D.A. Energy supply of the Russian Arctic: hydrocarbons or renewables (Energosnabzhenie Rossiiskoi Arktiki: uglevodorody ili VIE). Energetic policy, 2016;5:44–51 (in Russ.).Велькин, В.И. Влияние снежного покрова на эффективность функционирования солнечных ФЭП / В.И. Велькин // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2012. – № 3. – С. 59–62.[17] Velkin V.I. Influence of snow cover on the efficiency of solar photovoltaic cells (Vliyanie snezhnogo pokrova na effektivnost' funktsionirovaniya solnechnykh FEP.). International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2012;(3):59–62 (in Russ.).Саврасов, В.Ф. Анализ использования солнечной энергии в Томской области / В.Ф. Саврасов [и др.] // Известия Томского политехнического университета. – 2011. – Т. 318. – № 4. – С. 107–112.[18] Savrasov V.F., Savrasov F.V., Yurchenko A.V., Yurchenko V.I. Analysis of the use of solar energy in the Tomsk region (Analiz ispol'zovaniya solnechnoi energii v Tomskoi oblasti). Proceedings of Tomsk Polytechnic University, 2011;318(4):107–112 (in Russ.).Сурков, М.А. Оценка целесообразности применения фотоэлектрических установок для электроснабжения удаленных потребителей в климатических условиях Севера Российской Федерации/ М.А.Сурков [и др.] // Интернет-журнал «Науковедение». – 2016. – Т. 8. – № 4. – С. 1–13.[19] Surkov M.A., Obukhov S.G., Plotnikov I.A., Sumarokova L.P., Popov M.M., Baidali S.A. Assessment of the feasibility of using photovoltaic installations for power supply to remote consumers in the climatic conditions of the North of the Russian Federation. Internet-journal “NAUKOVODENIE”, 2016;8(4):1–13 (in Russ.).Соломин, Е.В. Противообледенительная система солнечного модуля на основе инфракрасного излучателя / Е.В. Соломин, В.В. Долгошеев, М.А. Ларцев // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2015. – № 2. – С. 10–15.[20] Solomin E.V., Dolgosheev V.V., Lartsev M.A. Anti-icing system of solar module based on infrared emitter (Protivoobledenitel'naya sistema solnechnogo modulya na osnove infrakrasnogo izluchatelya). International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2015;(2):10–15 (in Russ.).Самоочистка солнечных батарей от снега, использующая эффект Вентури [Электронный ре-сурс]. – Режим доступа: http://www.teslatehnika.biz/samoochistka-batarei-venturi.html. – (Дата обращения: 29.12.2016).[21] Self-cleaning of solar panels from snow using the Venturi effect [E-resource]. Available on: http://www.tesla-tehnika.biz/samoochistka-batarei-venturi.html (12.29.2016) (in Eng.).Мартьянов, А.С. Имитационная модель системы освещения на основе фотоэлектрического преобразователя и аккумуляторной батареи / А.С. Мартьянов [и др.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2016. – № 23–24. – С. 21–33.[22] Martyanov A.S., Bodrova, A.Y. Dyuryagin, Korobatov D.V. Simulation model of lighting system based on photoelectric converter and battery (Imitatsionnaya model' sistemy osveshcheniya na osnove fotoelektricheskogo preobrazovatelya i akkumulyatornoi batarei). International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2016;23–24:21–33 (in Russ.).Леонтьева, К.Н. Экономическая эффективность применения альтернативных источников энергии на севере России / К.Н. Леонтьева. – Экономика и современный менеджмент: теория и практика: сб. ст. по матер. XIV междунар. науч.-практ. конф. – Новосибирск: СибАК, 2012.[23] Leontief K.N. Economic efficiency of the use of alternative energy sources in the north of Russia (Ekonomicheskaya effektivnost' primeneniya al'ternativnykh istochnikov energii na severe Rossii). Economics and modern management: theory and practice: coll. Art. by mater. XIV Intern. scientific-practical. Conf., Novosibirsk: SibAK, 2012 (in Russ.).Смоленцев, Д.О. Развитие энергетики Арктики: проблемы и возможности малой генерации / Д.О. Смоленцев // Арктика: экология и экономика. – 2012. – № 3(7). – С. 22–29.[24] Smolentsev D.O. Development of the Arctic Energy Sector: Problems and Possibilities of Small-scale Generation (Razvitie energetiki Arktiki: problemy i vozmozhnosti maloi generatsii). Journal of the Arctic: Ecology and Economics, 2012;3(7):22–29 (in Russ.).Winter Solar Panel Performance and Maintenance [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://us.sunpower.com/home-solar/solar-cell-technology-solutions/winter-solar-panel-performance-and-maintenance/.- Winter Solar Panel Performance and Maintenance. – (Дата обращения: 19.09.2017).[25] Winter Solar Panel Performance and Maintenance [E-resource]. Available on: https://us.sunpower.com/home-solar/solar-cell-technology-solutions/winter-solar-panel-performance-and-maintenance/. – Winter Solar Panel Performance and Maintenance (09.10.2017) (in Eng.).Применение альтернативной энергетики в Арктике [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://pro-arctic.ru/04/07/2017/resources/27131. – (Дата обращения: 21.09.2017).[26] Application of alternative energy in the Arctic [E-resource]. Available on: http: //pro-arctic.ru/04/07/2017/resources/27131 (09.21.2017) (in Eng.).Попель, О.С. О перспективах и нишах использования возобновляемых энергоресурсов в Арктике [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://energy.s-kon.ru/o-perspektivah-i-nishahispolzovaniya-vozobnovlyaemyh-energoresursov-v-arktike/. – (Дата обращения: 23.09.2017).[27] Popel O.S. Prospects and niches for the use of renewable energy resources in the Arctic [E-resource]. Available on: https://energy.s-kon.ru/o-perspektivah-i-nishah-ispolzovaniya-vozobnovlyaemyhenergoresursov-v-arktike/ (09.23.2017) (in Eng.).Долгошеев, В.В. Электротепловая система противообледенения солнечного модуля / Долгошеев В.В., [и др.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2017. – № 10–12. – С. 24–32.[28] Dolgosheev V.V., Martyanov A.S., Korobatov D.V., Bodrova E.S. Electro-thermal system of anti-icing of the solar module (Elektroteplovaya sistema protivoobledeneniya solnechnogo modulya). International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2017;10(12):24–32 (in Russ.).Коробатов, Д.В. Эффективные методы регулирования мощности устройств на основе ВИЭ / Д.В. Коробатов [и др.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2016. – № 11–12. – С. 69–78.[29] Korobatov D.V., Martyanov A.S., Solomin E.V., Sirotkin E.A. Effective methods for regulating the power of devices based on RSE (Effektivnye metody regulirovaniya moshchnosti ustroistv na osnove VIE). International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2016;11(12):69–78 (in Russ.).Сироткин, Е.А. Состояние развития мировой ветроиндустрии / Е.А. Сироткин [и др.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2014. – № 5 (145). – С. 20–25.[30] Sirotkin E.A., Solomin E.V. The state of development of the world wind industry (Sostoyanie razvitiya mirovoi vetroindustrii). International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2014;5:20–25(in Russ.).Мартьянов, А.С. Система освещения, основанная на ветроэнергетической установке / А.С. Мартьянов, Е.В. Соломин // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2010. – № 1. – С. 101–105.[31] Martyanov A.S., E.V. Solomin A lighting system based on a wind power plant (Sistema osveshcheniya, osnovannaya na vetroenergeticheskoi ustanovke). International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2010;1:101–105 (in Russ.).Соломин, Е.В. Технические особенности и преимущества ветроэнергетических установок / Е.В. Соломин, Р.Л. Холстед // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2010. – № 1. – С. 36–41.[32] Solomin E.V., Halstead R.L. Technical features and advantages of wind energy installations (Tekhnicheskie osobennosti i preimushchestva vetroenergeticheskikh ustanovok). International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2010;1:36–41(in Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.