Энергоэффективные решения освещения мостового перехода через Керченский пролив

В данной работе исследуются различные типы и виды фотовольтаических систем. Были проанализированы фотовольтаические возможности Крымского полуострова. Обосновывается выбор нескольких видов систем освещения. Выполняется энергетический и стоимостной расчет энергоэффективных систем освещения. Производится расчет окупаемости и надежности итоговой системы. Предложенные варианты осветительных систем можно использовать на любых мостовых переходах в регионах с высокой инсоляцией.

Целью данной работы является поиск энергоэффективных решений обеспечения электроэнергией осветительной системы мостового перехода через Керченский пролив.
Для выполнения этой цели были поставлены следующие задачи:
• Изучить проектное предложение моста через Керченский пролив;
• Изучить существующие в настоящее время типы и виды солнечных панелей;
• Исследовать принципы работы солнечных элементов;
• Произвести энергетический расчет солнечных панелей. Рассчитать энергопотребление осветительной системы;
• Произвести расчет окупаемости системы;
• Рассчитать надежность системы.

Проблема энергодефицита была в Крыму еще в то время, когда полуостров входил в состав Украины. С началом борьбы за энергонезависимость Украины, началось снижение потребления газа и замещение его электроэнергией. В домах начали снимать батареи отопления, что вынудило жителей массово закупать электрические калориферы. Летом возрастает электропотребление за счет использования кондиционеров. Большая часть Крымских АЭС нуждается в реконструкции, нагрузка растет с каждым годом. Энергодефицит решался с помощью Запорожской АЭС, поставлявшей 86% необходимой электроэнергии. В мае 2016 года был достроен Энергомост в Крым, он должен обеспечить 840 МВт электроэнергии. По прогнозам энергопотребление моста через Керченский пролив составит 2 МВт

В данном проекте проводится исследование типов и видов солнечных панелей и систем освещения. Объектом изучения стали кремниевые и тонкопленочные солнечные батареи, так как на данный момент именно эти типы солнечных элементов занимают 97% рынка. Также рассматривается одна из самых перспективных в данной области разработок – сенсибилизированные красителем солнечные панели. Для расчетов осветительных систем были выбраны системы: с металлогалогенной лампой, со светодиодами, с дуговой натриевой трубчатой лампой. Светодиодные системы считаются самыми энергоэффективными, однако стоят они намного дороже аналогов. Системы с дуговой натриевой трубчатой лампой считаются одними из самых дешевых на современном рынке. Осветительные системы с металлогалогенными лампами относятся к средней ценовой категории.

В данной работе проведен анализ достоинств и недостатков различных типов и видов солнечных батарей и различных систем освещения. По итогам энергетического расчета производится обоснованный выбор оборудования. Выполнен расчет надежности и окупаемости системы.

Были предложены варианты освещения мостового перехода через Керченский пролив:

Поскольку на данный момент нет  информации о выбранном типе освещения мостовой переправы через Керченский пролив, то будет целесообразно рассмотреть несколько случаев. Возьмем для расчета три вида осветительных систем с различными типами источника света.

• С металлогалогенной лампой ГКУ21-250-012
• Со светодиодами Волна LED-200-ШО/У
• С дуговой натриевой трубчатой лампой ЖКУ08-250-001

Светодиодные системы освещения считаются менее энергозатратными так как при меньшей мощности потребления их мощность излучения остается на уровне других источников излучения. У рассматриваемой светодиодной системы номинальная мощность составляет 200 Вт, у двух остальных 250 Вт.

	ГКУ21-250-011	Волна LED-200-ШО/У	ЖКУ08-250-001
Тип источника света	Металлогалогенная лампа	Светодиоды	Дуговая натриевая трубчатая лампа
Мощность, Вт	250	200	250
Световой поток, Лм	20000	18500	30000
Требуемое расстояние между столбами, м	45,5	47,4	49,5
Стоимость за 1 штуку, руб	6296	35396	4170
Необходимое количество, шт	418	400	384
Стоимость итого, руб	5 263 456	28 316 800	3 202 560

 

Были проанализированы фотовольтаические возможности Крымского полуострова. Инсоляция данного региона позволяет использовать солнечные панели для полного автономного энергообеспечения объектов. Для обеспечения энергоэффективного питания осветительной системы наиболее рационально взять монокристаллические солнечные элементы.

Характеристики систем кремниевых солнечных батарей

Тип солнечных панелей	Монокристаллический	Монокристаллический
Мощность, Вт	200	140
Площадь, м2	1,2	0,65
Стоимость системы за 1 шт, руб	19 950	12 950
Итоговая стоимость c МГЛ, руб	21 941 656
Итоговая стоимость cо светодиодами, руб		38 676 800
Итоговая стоимость c ДНТЛ, руб	18 524 160

Необходимая мощность панелей для энергообеспечения МГЛ и ДНТЛ составляет 200 Вт, для энергообеспечения светодиодной системы 140 Вт. Система освещения с ДНТЛ окупится через 3,7 лет, окупаемость системы со светодиодными источниками излучения составляет 12 лет.

Высокая стоимость светодиодных систем освещения не позволяет снизить окупаемость данной системы, несмотря на более длительный срок эксплуатации.

Предложенные варианты осветительных систем можно использовать на любых мостовых переходах в регионах с высокой инсоляцией.

1. Дизайн группа «Тормасов и Ко» и ООО «СпецСтройПроект». Проект-концепция: «Универсальный транспортный переход через Керченский пролив». Новая редакция. – М., 2014. – 43 с.
2. Деренюк Д.Н. Геологические признаки сейсмичности Юго-Западной части Азовского моря и Керченского полуострова. – Геология и полезные ископаемые мирового океана, выпуск 1/2006 – 47 с.
3. D.W.Keith,J.F.DeCarolis,D.C.Denkenberger,D.H.Lenschow,S.L.Malyshev,S.Pacala,P.J.Rasch The influence of large-scale wind power on global climate (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 2014. — Fasc. 46.
4. Gevorkian P. Alternative Energy Systems in Building Design. – McGraw-Hill, 2011. – 545 p.
5. В.Г.Семенов. Энергетика Крыма. Что строить?//Энергосовет №4(35), 2014 г. С. 21-31

In this article the different types and kinds of photovoltaic systems were explored. Photovoltaic capabilities of the Crimean peninsula were analyzed. Several types of lighting systems were chosen. Energy and cost calculation of energy-efficient lighting systems are carried out. Produced payback calculation and reliability of the final system. Proposed options for lighting systems can be used on any of bridge crossings in areas of high insolation.