Перспективы использования возобновляемых источников энергии в Северо-Казахстанской области
Энергия была и остается главной составляющей жизни человека. Она дает возможность создавать различные материалы, является одним из основных факторов при разработке новых технологий. Человечество прошло путь от первого костра до атомных электростанций, освоило добычу традиционных энергетических ресурсов — угля, нефти и газа, научилось использовать энергию рек, освоило «мирный атом». Однако в последнее время все активнее обсуждаются вопросы использования новых, нетрадиционных, альтернативных источников энергии.
Существует ряд причин для освоения возобновляемых видов энергии: — непрерывный рост промышленности как основного потребителя энергии. При нынешних запасах и современном уровне развития промышленности угля хватит примерно на 270 лет, нефти на 35-40 лет, газа на 50 лет [1]; — необходимость значительных финансовых затрат на разведку новых месторождений, особенно связанных с организацией глубокого бурения и другими сложными, наукоемкими технологиями; — экологические проблемы, связанные с добычей и использованием энергетических ресурсов.
Кроме того, развитие возобновляемой ветро-, солнце-, термальной и гидроэнергетики поможет модернизировать экологически небезопасные и низкоэффективные производства. До недавнего времени вопросам развития использования возобновляемых источников энергии уделялось сравнительно мало внимания. В последние годы ситуация стала кардинально меняться. Защита и охрана окружающей среды способствуют активизации усилий в мире по созданию зеленой энергетики, движению к низкоуглеродной экономике [1].
Одним из приоритетных направлений развития электроэнергетики и решения экологических проблем Казахстана является использование возобновляемых энергетических ресурсов. По экспертным оценкам, потенциал возобновляемых энергетических ресурсов в Казахстане весьма значителен. Доля возобновляемых источников энергии в общем объеме производства электрической энергии в Республике составляет 0,5%. Согласно целевым показателям Государственной программы по форсированному индустриально-инновационному развитию Республики Казахстан в 2014 году достижение объема вырабатываемой электроэнергии возобновляемыми источниками энергии должно составить -1 млрд. кВт.ч в год, что составит более 1% от общего объема электропотребления. Доля использования альтернативных источников энергии к 2020году составит более 3% в общем объеме энергопотребления [2].
Для территории Казахстана наиболее перспективны следующие виды возобновляемых источников энергии: ветроэнергетика; малые гидроэлектростанции; солнечные установки для производств тепловой и электрической энергии. С географической и метеорологической точек зрения Казахстан является благоприятной страной для крупномасштабного использования ветроэнергетики. Исследования проведенные в рамках совместного с Программой развития ООН проекта по ветроэнергетике, показали наличие хорошего ветрового климата и условий для строительства ветроэнергетических станций в Южной, западной, Северной и в Центральной зонах Казахстана [3].
В Северо-Казахстанской области уже используются возобновляемые источники энергии, такие как энергия ветра, гидроэнергия, энергия солнца.
Такой опыт имеется в КТ «Зенченко и К». В селе Новоникольское построены 2 ветроэнергетические установки производства Германии с годовой выработкой электроэнергии более 8 млн. кВт/ч. Ветроэнергетические установки подключены к имеющимся сетям электропередач. Стоимость проекта составляет более 1 миллиона евро. Данная установка работает при силе ветра от двух метров в секунду.
Автономные ветрогенераторы состоят из генератора, хвостовика, мачты, контроллера, инвертора и аккумуляторной батареи. У ветровых установок – 3 лопасти, закреплённых на роторе. Вращаясь ротор генератора создаёт трёхфазный переменный ток, который передаётся на контроллер, далее ток преобразуется в постоянное напряжение и подаётся на аккумуляторную батарею. Ток проходя по аккумуляторам одновременно и подзаряжает их и использует АКБ как проводники электричества. Далее ток подаётся на инвертор, где приводиться в наши привычные показатели: переменный однофазный ток 220В, 50 Гц.
Ветрогенераторы современных конструкций позволяют использовать экономически эффективно энергию ветра. С помощью ветрогенераторов сегодня можно не только поставлять электроэнергию в «сеть», но и решать задачи электроснабжения локальных или островных объектов любой мощности [4]. АО «Казахтелеком» эксплуатирует три ветро-солнечных электроустановки в районах области для энергообеспечения своего оборудования.
Работа данных энергокомплексов основана на эффективной аккумуляции комбинации энергии ветрового потока и солнечной инсоляции и преобразование ее в электроэнергию, пригодную для энергоснабжения оборудования отдаленно-дислоцированных объектов (рис. 2). В верхнем углу ветровой роторной турбины статор забирает своими пластинами воздушный поток различного направления и интенсивности, обеспечивает его сжатие и ускорение и направляет на лопасти ротора. Действуя на лопатки, воздушный поток вызывает механическое вращение вала ротора и связанного с ним ротора генератора по часовой стрелке. Постоянные магниты создают постоянный магнитный поток.
Этот поток, перемещаясь вместе с ротором, проходит сквозь зубцы статора, пересекая витка обмотки и наводя в них электродвижущую силу синусоидальную по форме. При замыкании цепи обмотки статора на нагрузку в ней потечет ток, определяемый эквивалентным сопротивление нагрузки и обмотки генератора.
В нижнем модуле статор так же забирает воздушный поток пластинами и обеспечивает его сжатие и ускорение и направляет на лопатки ротора. Действуя на лопатки, воздушный поток вызывает механическое вращение вала ротора и соединенного с ним статора генератора против часовой стрелки. Контрвращение ротора и статора электрогенератора с частотой вращения модулей увеличивает мощность, выдаваемую генератором, по крайней мере, в 2 раза по сравнению с генераторами, где вращается ротор, а статор неподвижен.
Вращение ротора и статора генератора в противоположных направлениях приводит к увеличению скорости движения его магнитной системы относительной обмотки, что увеличивает на такую же величину электродвижущую силу и мощность генератора. Вывод энергии генератора осуществляется на переменном токе через щеточный узел с тремя токосъемниками, закрепленными в кронштейне на нижнем модуле и контактными кольцами, установленными на свободном конце вала генератора на вход 3-х фазного моста, где она выпрямляется и поступает на вход парциального зарядного устройства. Солнечная батарея-комбинация, изготовленных из 36 фотоэлектрических преобразователей световой энергии в электроэнергии. Преобразование энергии основано на фотовольтаическом эффекте в неоднородных полупроводниках структурах под воздействием солнечного излучения [1].
Возобновляемые источники энергии имеют как положительные, так и отрицательные свойства. К положительным относятся повсеместная распространен-ность большинства их видов и экологическая чистота. Эксплуатационные затраты по использованию нетрадиционных источников не содержат топливной составляющей.
Отрицательные качества — это малая плотность потока (удельная мощность) и изменчивость во времени. Первое обстоятельство заставляет создавать большие площади энергоустановок, «перехватывающие» поток используемой энергии (приемные поверхности солнечных установок, площадь ветроколеса, протяженные плотины приливных электростанций и т.п.). Это приводит к большой материалоемкости подобных устройств, а, следовательно, к увеличению удельных капиталовложений по сравнению с традиционными энергоустановками. Повышенные капиталовложения впоследствии окупаются за счет низких эксплуатационных затрат. Больше неприятностей доставляет изменчивость во времени таких источников энергии, как солнечное излучение, ветер, приливы, сток малых рек, тепло окружающей среды [5].
Для изучения отношения населения г. Петропавловска к возобновляемым источникам энергии был использован анкетный метод. Анкетирование населения проводилось в сентябре 2013 года. Результаты проведенного анкетирования показали, что примерно треть опрошенных, при наличии потребительского выбора, отдали бы предпочтение возобновляемым источникам энергии. Еще треть выбрали традиционный источник энергии. Для остальной части респондентов не имеет значение, от каких источников получать энергию (рис.3). Данные опроса свидетельствуют о недостаточной осведомленности населения в вопросах обеспечения электроэнергией, несмотря на то, что именно население должно иметь право выбора источника энергии [6].
Электроэнергия представляет собой весьма специфический вид продукции, который должен быть потреблен в тот же момент, что и произведен. Ее нельзя отправить «на склад», как уголь, нефть или любой другой продукт или товар, поскольку фундаментальная научно-техническая проблема аккумулирования электроэнергии в больших количествах пока не решена. Для дальнейшего развития возобновляемых источников энергии необходимо следующее:
— масштабное внедрение ветроустановок, солнечных батарей, гидроэлектростанций в состав «большой энергетики», с учетом неизбежного снижения цен на ветроустановки и роста цен на традиционное топливо;
— создание возобновляемых источников энергии, как большой, так и малой мощности, для решения проблем энергообеспечения удаленных и изолированных районов которые недостаточно обеспечены электроэнергией и практически не имеют другой, экономически выгодной альтернативы.
— внедрение стимулирующих механизмов: налоговые льготы; предоставление кредитов на продолжительный срок под льготный процент с отсрочкой платежей до окончания строительства; установление местных тарифов, которые позволят обеспечить возвращение капитальных вложений; создание информационной сети, системы образования, стажировок [3].
Литература:
- Борисова Н.Г. Конспект лекций по дисциплине Энергосбережение и использование нетрадиционных источников энергии. – Алматы: АИЭС, 2003. — 76с.
- Мустафина В.В. Переход Республики Казахстан на стратегию «зеленой» экономики. //Экологическое образование в Казахстане. Серия экология. 2013. №2.
- Сухоруков Г. Практическое использование альтернативных источников электроэнергии в г. Караганде. //Экологическое образование в Казахстане. Серия экология. 2013. №1.
- Автономный энергокомплекс, паспорт и техническое описание. — Москва: ОКП 348700, 2008. — 110с.
- Безруких П.П. Экономические проблемы нетрадиционной энергетики. – М., 2000.-98с.
- Новикова С.С. Введение в прикладную социологию. Анкетирование. — М.: СпортАкадемПресс, 2000.- 102с.
