СТРАТЕГИЯ РАЗВИТИЯ НЕТРАДИЦИОННЫХ ВИДОВ ЭНЕРГИИ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИИ В КАЗАХСТАНЕ
Жакупова Асем, Криспаева Гулмарал Студенты, ЕНУ им. Л.Н. Гумилева, г. Астана
Научные руководители: д.б.н. Нурушев М.Ж., к.б.н., доцент Нургалиева З.Ж
В соответствии с глобальной энерго-экологической инициативой Президента страны, разработан и одобрен Правительством проект: «Стратегия эффективного использования энергии и возобновляемых ресурсов Республики Казахстан в целях устойчивого развития до 2024 года».
Несомненно, что в решении энергетической проблемы в будущем значительное место будет отведено использованию возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Уже сегодня ВИЭ могут играть значительную роль в энергоснабжении многочисленных децентрализованных потребителей.
Возобновляемые источники энергии в первую очередь необходимо использовать в тех районах, где эти ресурсы имеются и нет собственных запасов ископаемого топлива или оно недостаточно.
210
В настоящее время наиболее технически и экономически обоснованным является использование солнечных, ветровых и гидроэнергетических электростанций модульного типа, объединенных в единый энергетический комплекс. Такая схема положена в основу некоторых зарубежных проектов, интенсивно разрабатываемых специалистами США, Японии, Италии, Испании, Франции и других стран.[1,2,3]
При этом большое развитие получила малая ветроэнергетика. Так, в США объем продаж малых ветроустановок (ВЭУ) мощностью от сотен Вт до сотен кВт достигает 14 МВт
в год. Рост малой ветроэнергетики объясняется растущими потребностями в обеспечении электроэнергией в местах, где доступ централизованному электроснабжению затруднен или экономически не оправдан, а также для обеспечения независимости от роста цен на электричество.
Основное назначение пилотных комбинированных электростанций работающих на основе ВИЭ, это выдача электрической мощности и параллельное проведение натуральных экспериментальных исследований, а также сравнение различных технологий, что позволяет накопить научно-техническую информацию для создания более мощных и эффективных комбинированных энергетических комплексов.
В Казахстане имеются благоприятные условия для использования ВИЭ с целью производства электроэнергии и высокопотенциального тепла. Учет этого вида энергии при формировании региональных энергобалансов позволит снизить потребление традиционных видов топлива и уменьшить загрязнение окружающей среды. Гармоническое сочетание различных видов ВИЭ в общем энергетическом балансе республики представляет собой задачу первостепенной важности.
Нами, проанализированы мировые тенденции в ветроэнергетике, представленные ее бурным ростом с темпами роста 20-30 процентов в год. Это вызвано такими факторами, как:
- удорожание ограниченного по своим запасам топливного сырья; - стремлением стран достичь энергетической независимости, как в целом, так и на
местах:
- возрастающими требованиями экологов, созданием высокотехнологических отраслей экономики и др.
Большой прогресс в странах зарубежья связан также с использованием в ветротурбинах именно композиционных лопастей и других узлов, предоставляющих конструкторам большие возможности по использованию ресурса композиционных материалов. Нами разработана ориентировочная схема развития ветровой энергетики в Республике Казахстан, на основе анализа данных из Государственной Программы «Жасыл даму», разработанной Министерством охраны окружающей среды, согласно которой в мировой энергетике доля ветровой электроэнергии достигнет 2% к 2010 г., 10% к 2020 году (таблица 1).
Краткий анализ положения индустриального развития в России и Казахстане свидетельствует о настоятельной необходимости развития у нас ветроэнергетики, особенно на основе малых ВЭУ (МВЭУ), по следующим причинам:
- Казахстан – мировой лидер по потенциалу доступной ветровой энергии на душу населения. Потенциал этой ветроэнергии – 1820 млрд. кВт/ч в год;
- подавляющая часть территории имеет среднегодовую скорость ветра 4 м/с и выше;
- электроемкость валового внутреннего продукта (ВВП) в РК превышает удельную электроемкость развитых стран (США – в 2,5 раза, Дании - в 3,5 раза, Японии–в 4 раза), что недопустимо для конкурентоспособности страны;
- ВЭУД не только отвечает духу Индустриально-инновационной стратегии РК, но может быть эффективно использован при решении вопросов следующих Государственных программ:
- «Чистая вода» - скважина + насос + ВЭУД;
- «Аул» – обеспечение энергией фермеров и чабанов, бригадных станов, пунктов животноводства, малокомплектных школ, лечебниц и т.д.;
211
- «Развитие сельских территорий» - обеспечение энергией отдаленных и труднодоступных пунктов, лишенных централизованного энергоснабжения;
- «Агропродовольственная программа» - создание малых теплиц, пунктов переработки пищевой продукции, погребов, хранилищ и т.д.
- мероприятия по КИОТСКОМУ протоколу – любая ветроустановка или станция, являясь альтернативным источником энергии, не загрязняет атмосферу выбросами газов, т.е.
сдерживает парниковый эффект;
- постоянно растущий дефицит электроэнергии в сельском хозяйстве;
- неудовлетворительное состояние сельских распределительных сетей и большие потери энергии в них;
- технология самого сельскохозяйственного производства;
- отдаленность объектов, труднодоступность, малая плотность населения;
- намечается существенный рост потребления электроэнергии в РК, как это показано в таблице 1.
Годы 2004 2005 2010 2015
Потребление электроэнергии, 63,95 67,50 83,00 97,00 млрд. кВтч/год
Таблица 1 – Рост потребления энергии в РК Создание новых машин состоит из трех стадий:
I этап – разработка и создание опытного образца – реализация новой теоретической идеи, способа (ноу-хау);
II этап – изготовление опытной партии, испытания, доводка; III этап – серийное производство.
I этап, согласно результатам Министерства индустрии РК, успешно завершен:
- в настоящее время разработан и создан опытный образец перспективной энергомашины – ВЭУД (ветроэнергетическая установка с диффузором), автор д.т.н.
Байшагиров Х.Ж.
Для реализации II этапа подготовлена в основном теоретическая база:
- разработана методика исследования слоистых анизотропных тел на основе классического и структурного подходов;
- соотношения и программное сопровождение (раскрой и др.) позволяют создать на этапе доводки конструкции рационального состава и структуры;
- удобные расчетные формулы для напряжений, углов раскрутки, частот. Метод определения параметра жесткости сцепления, алгоритмы могут быть использованы для САПР и разработок по автоматизации серийного производства лопастей ВЭУД, лопаток компрессоров и турбин.
В Казахстане примером сооружения комбинированного энергетического комплекса на базе возобновляемых источников энергии (солнца, ветра и энергии малых рек) может служить Каратауско-Угамский энергокомплекс мощностью 170 МВт с использованием экологически чистых источников энергии юга Казахстана. Здесь ставится задача по разработке общих методов моделирования, режима работы отдельных подсистем энергокомплекса. Действительно, Каратауско-Угамский энергокомплекс в отрогах Каратау – р. Угам, является прообразом будущего комплексного использования ВИЭ.
В состав этого комплекса входят:
1. Строительство двух ветроэлектростанции (ВЭС) мощностью 20 и 40 МВт; 2.
Строительство комплекса солнечных фотоэлектрических станций (СФЭС) и
солнечных коллекторов (СК) как на базовых энергоустановках, так и в малонаселенных пунктах суммарной мощностью 10 МВт:
3. Сооружение комплекса гидростанций на реке Угам мощностью 50 МВт;
212
4. Строительство ТЭЦ (г.Туркестан) на газе с котлами- утилизаторами мощностью
(3Х17) МВт.
Для успешного осуществления проекта требуются глубокие теоретические исследования и создание специального класса математических моделей. Также необходимо провести комплекса экспериментальных исследований.
Она вклучает в себя следующие модели работы основных подсистем станции:
I- Модель формирование энергетических ресурсов ВИЭ в раионе КУЭК;
1) модели движения Солнца и гелоресурсов;
2) модель формирования ветроресурсов;
3) модель формирования гидроресурсов.
II- Модель работы солнечных фотоэлектрических станции (СФЭС) и солнечных коллекторов
(СК)
III- Модель работы ветростанций.
IV- Модель работы гидростанций.
V- Модель работы ТЭЦ (дизель-генератор);
VI- Многофакторная математическая модель оптимизации режимов работы КУЭК:
4) модель-проект;
5) модель- эксперимент.
В целом задаче токого рода является весьма сложной и многофакторной. В настоящее время отсуствует математические методы решения задач подобного класса в полном обьеме.
Литература:
1. Ахмедов Р.Б., Пожарнов В.А., Чаховский В.М. Комбинированные тепловые схемы
и системы теплового аккумулирования солнечно-топливных электростанции. Сб.тр.
«Проблемы создания крупных солнечно-топливных электростанций в Узбекистане», Ташкент, из-во «Фан 1983 - с. 13-22.
2. Баум И.В. Солнечные электростанции и высокотемпературные установки:
энергетика оптических систем и имитационные модели. Автореф. дсс. Доктора технических наук. Ашхабат, 1980 – 36 С.
3. Шеклейн А.В. Мощные гелиотехнические установки для получения электрической и тепловой энергии (обзор). М., ЭНИН, 1975 – 132 С.
