CC BY
75
УДК 620.91 : 631 (571.52)
doi 10.24411/2077-6896-2019-10003
АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ РЕСПУБЛИКИ ТЫВА
Хомушку О. А., Кужугет Д. В.
Тувинский государственный университет, г. Кызыл
ALTERNATIVE SOURCES OF ENERGY IN AGRICULTURE OF THE REPUBLIC OF TUVA
Khomushku O. A., Kuzhuget D. V. Tuvan State University, Kyzyl
В данной статье рассматривается возможность использования альтернативных источников энергии для применения в сельской местности в Республике Тыва. В настоящее время цена невозобновляемых источников энергии очень высока. Это предопределяется их ограниченностью и неэффективным использованием. Увеличение тарифов на электроэнергию и экологические последствия использования традиционных видов топлива в тепло- и электроэнергетике вынуждает искать новые способы генерирования электрической энергии.
Развитие децентрализованных районов, таких как Тыва и невозможность создания централизованной энергосистемы в автономных районах республики, заставляет искать новые пути удовлетворения потребности потребителей в энергоресурсах. Поэтому, проанализируем возможные альтернативные источники энергии, применимые в сельском хозяйстве Республики Тыва.
Ключевые слова: солнечное излучение, альтернативный источник энергии, территория Тывы, энергетический баланс, энергия биомассы, энергия Ветра.
This article is discussed the possibility of using alternative energy sources for use in rural areas in the Republic of Tyva. Currently, the price of non-renewable energy sources is very high. This is determined by their limited and inefficient use. The increase in electricity tariffs and the environmental consequences of the use of traditional fuels in heat and electric power industry is forcing to look for new ways of generating electrical energy.
The development of decentralized areas, such as Tyva and the impossibility of creating a centralized power system in autonomous regions of the republic, makes it necessary to look for new ways to meet the needs of consumers for energy resources. Therefore, let us analyze the possible alternative sources of energy applicable in agriculture of the Republic of Tyva.
Keywords: solar radiation, alternative energy source, the territory of Tyva, energy balance, biomass energy, wind energy.
Россия не покупщик, а поставщик энер- энергетику, чтобы избавиться от привоз-гоносителей, и у государства нет срочной ного топлива. Без государственных субси-необходимости развивать альтернативную дий на данный момент бизнесу невыгодно
генерировать электроэнергию на альтернативную энергетику для продажи, пока очень низкие у нас оптовые цены. Другое дело, производство энергии и тепла для себя. В России ужасный трех- и четырехкратный разрыв между оптовыми ценами, по которым можно энергию продать в сеть, и ценами для потребителей. Вовлечение фотоэлектрических и гидроэлектрических установок энергетический баланс изолированных энергосистем районов Республики Тыва с целью повышения надежности электроснабжения путем вытеснения привозного органического топлива из энергетического баланса автономной системы электроснабжения является актуальным[2]. Развитие децентрализованных районов, таких как Тыва и невозможность создания централизованной энергосистемы в автономных районах республики, заставляет искать новые пути удовлетворения потребности потребителей в энергоресурсах. Поэтому, проанализируем возможные альтернативные источники энергии, применимые в сельском хозяйстве Республики Тыва.
Проблема энергобезопасности (надежности электроснабжения), присутствующая во многих странах, преобразовывается в энергетическую безопасность субъектов Российской Федерации, особенно тех, что расположены в труднодоступных районах с автономным электроснабжением. Расходы на годовую закупку и доставку дизельного топлива для дизельных электростанций северных поселков в ряде случаев содержит более 60 % затрат на всю выработанную ими электроэнергию и постоянно растут. Совокупная стоимость электроэнергии в этих районах значительно превосходит
мировой уровень цен и достигает 40 руб. и более за 1 кВтч. [1]. При переходе с дизельного топлива на электроэнергию, выработанную на солнечных электростанциях и малых ГЭС (МГЭС), затраты на топливо существенно снижаются. В итоге уже через несколько лет можно начать экономить денежные средства, которые ежегодно тратятся на закупку и завоз дорогостоящего дизельного топлива в удаленные населенные пункты, находящиеся в зоне децентрализованного электроснабжения. Развитие возобновляемых источников энергии, солнечной и гидроэнергетики в частности, является перспективным направлением развития энергетической отрасли и активно поддерживается Правительством Российской Федерации. Применение фотоэлектрических и гидроэнергетических установок в изолированных от энергосистемы районах Республики Тыва с целью повышения надежности электроснабжения и эффективности энергосбережения путем вытеснения привозного топлива является актуальным.
Одной из важнейших проблем для децентрализованных районов республики является энергообеспечение. Большая часть мелких электростанций и котельных использует оборудование и технологии середины прошлого века, многие из них имеют крайне высокую степень износа, потребляют почти в два раза больше, чем современные станции.
Цель данной работы является рассмотрение перспективы использования в качестве источника получения энергии местных, доступных, недорогих и вторичных ресурсов.
Энергетика, направленная на сельские районы должна благоприятствовать использованию источников энергии, действующих на недорогих природных и возобновляемых видах топлива. Устойчивое развитие сельских районов коммутировано со спросом на энергию и предложением, стимулированием процесса экологически безопасной и экономичной перестройки системы теплоэнергоснабжения сельских территорий. Это решает переход к диверсифицированным источникам энергии, гарантируя использование альтернативных, новых и возобновляемых ресурсов [5].
К альтернативным (вторичным) источникам энергии относятся ресурсы, которые невозможно израсходовать, потому что они объективная природная данность. Альтернативные источники энергии - это экологически чистые, возобновляемые ресурсы, при преобразовании которого человек получает электрическую и тепловую энергию, используемую для своих нужд. К таким источникам энергии относятся: сол-
нечное излучение (гелиоэнергетика); энергия ветра ( ветроэнергетика); энергия рек и водотоков и отливов; энергия волн; геотермальная энергия; тепло воздуха воды, океанов, морей и водоемов; энергия биомассы. Для условий Республики Тыва, проанализируем альтернативные источники энергии, которые могут быть применены для сельского хозяйства.
Энергия солнца.
Значения солнечного излучения на горизонтальную поверхность равна 3,6 - 3,8 кВтч/м2 в день. Значения солнечного излучения на вертикальную поверхность равно 3 - 3,20 кВтч/м2 в день. Республика Тыва находиться южнее Республики Алтай, соответственно, поступление солнечного излучения на территории Тывы больше, чем в Республике Алтай (рис. 1)[2]. Также развиванию солнечной энергетики благоприятствуют низкие температуры в республике, которые дают достигать максимального значения КПД солнечных панелей (батарей).
Рис. 1. Солнечные панели (батареи)
Среднее число солнечных дней в году в общем республике составляет более 200. Несмотря на существенный солнечный потенциал на территории Республики Тыва, реализованные проекты (по малой солнечной энергетике) не были направлены на решение проблем децентрализованных потребителей.
Солнечная батарея - соединение фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) - полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток, в отличие от солнечных коллекторов, производящих нагрев материала-теплоносителя.
Энергия биомассы.
Суммарный энергетический потенциал отходов сельского хозяйства в Тыве составляет 100-150 тыс. т/год, основной массой которых является навоз мелкого рогатого скота. Но сравнительно небольшой размер сельского хозяйства Тывы, кочевой уклад жизни работников сельскохозяйственного производства и суровые климатические условия региона ставят ряд ограничений. От-
сутствие крупных сельскохозяйственных предприятий формирует неблагоприятные предпосылки для развития электростанций на биотопливе (рис. 2) [2].
Биотопливо - альтернативный вид топлива, который получается в результате переработки биологических отходов или биологического сырья. Существует 3 вида биотоплива: жидкое (биоэтанол, биометанол, диметиловый эфир, дизельное биотопливо, биотопливо второго поколения), твердое (древесные гранулы, пиллеты и т.д.) и газообразное (биогаз, биоводород, метан).
Учитывая постоянный рост тарифов на электроэнергию, отсутствие во многих сельских районах Республики центрального газоснабжения, недостаточную пропускную способность и ветхость электрических сетей, постоянный рост стоимости природного газа, электрической и тепловой энергии, большие затраты на энергообеспечение отдаленных районов Республики Тыва и страны в целом, было бы разумным использовать для получения тепловой и электрической энергии отходы сельского хозяйства [6].
Сельское хмяйало
Рис. 2. Схема биогазовой установки 26
Успех внедрения биогазовых технологий (рис. 2) как альтернативных источников энергии и удобрения во многом зависит от их расчетных и ожидаемых показателей эффективности. Значимость развития биогазовой отрасли обусловлена следующими обстоятельствами: • увеличением доли энергетической составляющей в себестоимости сельхозпродукции; • ростом электроемкости сельского хозяйства, затрат на топливо и энергию; • наличием неиспользуемых сырьевых ресурсов (навоза, помета, растительных отходов и т. д.) для производства биогаза и перспективами его использования; • негативным влиянием отходов животноводства и птицеводства на экологическую обстановку; • сокращением количества применяемых минеральных и химических удобрений из-за их высокой
стоимости[6].
Гидроэнергетика.
В Республике Тыва имеется действующая МГЭС на реке Моген-Бурен, в Мон-гун-Тайгинском районе (рис. 3). По оценкам, проверенным компанией «РусГидро» в 2011г., общий гидроэнергетический потенциал рек Тывы 8 ГВт. Данное значение превосходит текущие потребности республики в электроэнергии в 40 раз. Основной гидроэнергетический потенциал рек направлен в восточной части Республики Тыва, где расположены крупнейшие реки Большой (Бий-Хем) и Малый (Каа-Хем) Енисей и их притоки. Таким образом, Тыва - один из ведущих регионов для развития малой гидроэнергетики России с целью электроснабжения автономных потребителей энергии.
Рис. 3. Микро ГЭС в Монгун-Тайге
Энергия Ветра. Таким образом, среднемесячные значения
В зонах децентрализованного энергосбе- скоростей ветра, зафиксированные на ме-режения Тывы имеются метеорологические трологических станциях Тывы, свидетель-станции (высота флюгера в пределах 9-19 ствует о непригодности территории с местам) только в муниципальных центрах район ми установок метеорологических станций сёла, находящиеся в данной регионе, отда- для использования ветроэнергетики. Однако лены от ближайшего населенного пункта, в следует отметить, что полностью исключать котором располагается метеорологическая развитие ветроэнергетики на территории станция (Эрзин) на 170 км (рис. 4). Тывы нецелесообразно.
Данные среднегодовых скоростей ве- Это связано с техническими особенностя-
тра на высоте 10 м (рис. 5), имеет значения ми существующих ветрогенераторов (они
скоростей ветра не являются постоянным. выдачу электроэнергии начинают только
со скорости ветра 3 м/с и на номинальную мощность выходят при скорости выше 10 м/с, причем в промежутке между скоростями 3 и 15 м/с мощность возрастает как кубическая парабола (алгебраическая кривая третьего порядка).
Даже ортогональные ветрогенераторы
малоэффективны, у них ось вращения распределена перпендикулярно земной поверхности,. Особенности конструкции дают таким агрегатам производить электроэнергию начиная со скорости ветра 1,4 м/с, однако, при средней скорости ветра 3,2 м/с они работают только на 10% своей мощности (рис. 6).
Рис. 4. Сеть метеостанций России
Западная часть (Кызыл-Мажалык) Рис. 5. Скорость ветра в Тыве 28
Рис. 6. Зависимость КИУМветрогенератора от скорости ветра
Геотермальная энергия Лучше всего использовать геотермальную энергию непосредственно для теплоснабжения зданий и других сооружений. Нормальный термальный район с температурным градиентом менее 40 °С/ км принадлежит к малоперспективным при использовании тепла Земли. Такие районы захватывают самую обширную территорию, тепловой поток в среднем составляет 0,06 Вт/м[4]. Территория Тывы по географическому положению расположена в зоне с нормальным температурным градиентом. Поскольку выработка электроэнергии экономически выгодна при температуре теплоносителя более 90 градусов, то гео-
термальные электрические станции в условиях республики не имеют практического интереса. Таким образом, развитие геотермальной энергетики на территории республики считается неперспективным.
Заключение
Рассматривая недостатки тех или иных альтернативных источников энергии выявили, что наиболее подходящим видом энергии для сельского хозяйства Республики Тыва будут являться солнечные электроустановки (СЭУ) и МГЭС, которые могут успешно дополнить недостающую мощность энергосбережения и являться дополнительным и автономным источником энергии.
Библиографический список
1. Рекомендации по развитию альтернативных источников энергии для сельских районов Республики Тыва. - Красноярск: WWF России, Oxfam - GB, Energy. ru, 2011. - 44 с.
2. Клипацкий В.Н., Амузаде А.С. Развитие альтернативных источников энергии в сельских районах Республики Тыва
// Студенческий форум: электрон. на-учн. журн. 2018. № 18(39). URL: https:// nauchforum.ru/journal/stud/39/40363 (дата обращения: 14.05.2019). С. 11-15.
3. Кенден К. В. Анализ использования перспективных видов энергии в Республике Тыва // Вестн. Тувин. гос. ун-та. Технические и физико-математические науки. - Кызыл, 2012. - Вып. 3. - С. 68-71.
4. Общие сведения о возобновляемых нетрадиционных источниках энергии. Электронный ресурс. Официальный сайт: http://energetika.in.ua
5. Баранова М. П. Источники энергии в сельском хозяйстве Сибири // КрасГАУ. Материалы XIV Международной научно-практической конференции. Красноярск, 2016. С. 65-68.
6. Баранова М. П. Комплексная технология переработки отходов свиноводства для получения биогаза и органических удобрений для климатических условий АПК Сибири // Вестник КрасГАУ, 2017. С. 92-99.
References
1. Recommendations for the development of alternative energy sources for rural areas of the Republic of Tyva. - Krasnoyarsk: WWF Russia, Oxfam - GB, Energy.ru, 2011. - 44 p.
2. Klipatsky V.N.,AmuzadeA.S. Development of alternative energy sources in rural areas of the Republic of Tyva // Student Forum:
electron. scientific journals 2018. No. 18 (39). URL: https://nauchforum.ru/joumal/ stud/39/40363 (access date: 05/14/2019). Pp.11-15.
3. Kenden, K.V., Analysis of the Use of Promising Energy Types in the Republic of Tyva, Vestn. Tuvin. state un-that. Technical and physical and mathematical sciences. -Kyzyl, 2012. - Vol. 3. - pp. 68-71.
4. General information about renewable alternative energy sources. Electronic resource. Official website: http://energetika. in.ua
5. Baranova M.P. Sources of energy in agriculture of Siberia // KrasGAU. Proceedings of the XIV International Scientific and Practical Conference. Krasnoyarsk, - 2016. - p. 65-68.
6. Baranova, M. P. Complex technology of processing of pig waste to biogas and organic fertilizers for the climatic conditions of the agriculture of Siberia] / / Vestnik Krasgau, 2017. P. 92-99.
Хомушку Олча Алдайовна, ассистент кафедры общеинженерных дисциплин Тувинского государственного университета, г. Кызыл, E-mail: o-salchak@mail.ru Кужугет Диана, студент 3 курса 016 группы инженерно-технического факультета Тувинского государственного университета, г. Кызыл, E-mail: diankujuget@yandex.ru
Khomushku Olcha Aldayovna, Assistant Professor, Department of General Engineering Disciplines, Tuva State University, Kyzyl, E-mail: o-salchak@mail.ru
Kuzhuget Diana, 3rd year student of 016 group of engineering and technical faculty of Tuvan State University, Kyzyl, E-mail: diankujuget@yandex.ru
Дата поступления статьи в редакцию 28.05.19
