CC BY
48
УДК 621.311.11
DOI: 10.17213/0321-2653-2014-6-39-43
АНАЛИЗ АКТИВНОСТИ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ В УСЛОВИЯХ ИРАКА
© 2014 г. Н.Н. Ефимов, Ибрахим Ахмед Халид
Ефимов Николай Николаевич - д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Тепловые электрические станции и теплотехника», Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова. E-mail: [email protected]
Ибрахим Ахмед Халид - аспирант, кафедра «Тепловые электрические станции и теплотехника», Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова. E-mail: [email protected]
Efimov Nikolay Nikolaevich - Doctor of Technical Sciences, professor, chief of department «Thermal Power Stations and Heat Transfer Engineering» Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI).Ph. No.: +7-918-523-33-34. E-mail: [email protected]
Ibrahim Ahmed Khalid - post-graduate student, department «Thermal Power Stations and Heat Transfer Engineering», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI). E-mail: [email protected]
Представлен анализ изменений солнечной радиации в различных регионах Ирака от 17 метеорологических станций. Среднемесячные значения солнечной радиации изменяются в пределах 2000 ^ 6500 Вт^ч/(м2^сут.) в течение года. Приведены усредненные для условий Ирака климатические характеристики солнечного излучения, температуры, влажности воздуха.
Ключевые слова: солнечная радиация; метеорологическая станция; температура; количество часов воздействия солнечной радиации; относительная влажность.
The paper presents: analysis and Study the spatial variation of solar radiation in 17 weather stations that distribution in different parts of Iraq. And we have found that the monthly averages of solar radiation in Iraq 2000 ^ 6500 W^h/(m2^d). The paper shows the average conditions for the Iraqi climatic characteristics of solar radiation, temperature, humidity.
Keywords: solar radiation; weather station; Temperature, sunny hours; Relative humidity.
Солнечная радиация является одним из лучших и важных источников бесплатной потенциальной энергии. Солнечная радиация - это постоянный неисчерпаемый, надежный и безопасный источник энергии, который не вызывает загрязнения окружающей среды, в отличие от ископаемых, и может быть преобразован в другие полезные формы энергии.
Солнечная радиация в условиях Ирака может быть использована в различных областях жизнедеятельности. Например, для производства электроэнергии, а также в сельскохозяйственных работах (для полива, нагрева воды и др.).
Солнечная радиация имеет чрезвычайно большое биологическое и гигиеническое значение. Под солнечной радиацией понимают весь испускаемый Солнцем интегральный (суммарный) поток радиации, который представляет собой электромагнитные колебания с различной длиной волны. Знание свойств солнечного излучения и определение величины временного и пространственного распределения солнечной радиации - это самое важное во многих технологических схемах преобразования солнечной радиации, которые используются в местных и глобальных регионах. Ирак является одним из перспективных регионов получения
максимальной пользы от солнечной энергии, так как ее количество, падающее на один квадратный километр поверхности в Ираке, оценивается примерно в 200 млн Вт-ч в год [1]. Распределение солнечной радиации отличается во времени и пространстве под влиянием нескольких факторов. Самые главные из них это:
- изменение альбедо по географической широте;
- в зависимости от светлого времени суток;
- в зависимости от высоты над уровнем моря;
- изменение в продолжительности дня и ночи на разных широтах земли;
- в зависимости от сезонов и изменения угла падения солнечных лучей, падающих на поверхность земли;
- в зависимости от присутствия облаков и пыли в воздухе.
Многими исследованиями определена солнечная радиация во времени [2] и пространстве в разных частях мира, в зависимости от многих погодных и астрономических факторов. Солнечное излучение является функцией для относительной влажности, при средней температуре и при доле от общей яркости [3 - 5]. Существующая солнечная радиация определена с помощью спутниковых изображений (НАСА) в
различных регионах поверхности земли с высокой точностью. Было также определено, что разница между рассчитанными и измеренными с помощью спутниковых изображений значениями радиации была относительно незначительной [6].
В Ираке существует 17 метеорологических станций в различных регионах, как показано на рис. 1 и в табл. 1. Измерения количества солнечной радиации можно производить только на пяти станциях: Багдадская, Мосульская, Киркукская, Рутбская и Насирийская.
Таблица 1
Широта, долгота и высота над уровнем моря метеорологических станций
№ Станции Широта Долгота Высота над уровнем моря, м
1 Заху 37° 08' 42° 41' 442
2 Синджар 36° 19' 41° 50' 538
3 Мусил 36° 19' 43° 09' 223
4 Эрбиль 36° 11' 44° 00' 420
5 Сулеймания 35° 33' 45° 25' 883
6 Киркук 35°28' 44° 25' 331
7 Пегги 34° 36' 43° 29' 115
8 Аапа 34° 28' 41° 57' 139
9 Багдад 33° 18' 44° 24' 32
10 Рутба 33° 02' 40° 17' 630
11 Кербела 32° 36' 44° 05' 29
12 Хаи 32° 10' 46° 03' 15
13 Нухаиб 32° 02' 42° 15' 305
14 Дивания 31° 57' 44° 55' 20
15 Насирия 31° 05' 46° 14' 3
16 Басра 30° 31' 47° 47' 2
17 Салман 30° 30' 44° 32' 220
В соответствии со статистическими данными по метеорологическому и сейсмическому мониторингу были найдены средние значения солнечной радиации, падающей на горизонтальную поверхность земли в районе некоторых станций (Багдада, Мосула, Киркука, Рутбы и Насирии). Был сделан расчёт суммарной солнечной радиации в 12 станциях по всей стране, где нет устройств для измерения солнечной радиации (Заху, Синджара, Эрбиль, Сулеймания, Пегги, Аапа, Кербела, Хаи, Нухаиб, Дивания, Салман, Басра).
Путем математического моделирования, реализованного на основе зависимостей изменения температуры (T), среднемесячной относительной влажности (RH), количества реальных и теоретических часов воздействия солнечной радиации (n/N), с помощью статистического анализа (Statistica 10) было получено уравнение для определения величины солнечной ра-
диации. Степень достоверности этого уравнения 0,99983:
Н = Но [0,5646(п/Ы) + 0,0021(7) + 0,0015^Н)],
где Н - солнечная радиация на горизонтальную поверхность, Вт-ч/(м2-сут); Но - солнечная радиация за пределами атмосферы, полученной от спутников, Вт-ч/(м2-сут); п - реальное количество часов солнечной радиации с учетом облачности, ч; N - количество часов при максимальной солнечной радиации, ч; Т -среднемесячная температура воздуха, °С; RH - среднемесячная относительная влажность, %.
Сравнение эксперимента с этой расчетной моделью показало, что измерения, полученные на станциях Мосул, Киркук, Багдад, Рутба, Насирии, дают хорошую точность в определении солнечной радиации. Относительная погрешность была 1, 3, 1, 1, 4 % на станциях Мосул, Киркук, Багдад, Рутба, Насирия соответственно, как показано в табл. 2.
На рис. 2 показаны результаты солнечный радиации на всех метеорологических станциях Ирака на поверхности земли и за пределами атмосферы.
Разница между значениями этой радиации возрастает летом в связи с наличием в воздухе большого присутствия пыли и взвешенных твердых частиц.
Анализ рис. 2 показывает что:
- наименьшее значение солнечной радиации было в декабре (2234 Вт-ч/(м2-сут)), начиная с этого месяца уровень солнечного излучения начинает возрастать до самого высокого значения в июне месяце (6576 Вт-ч/(м2-сут));
- в инженерных расчетах для условий Ирака принята средняя годовая норма солнечной радиации, равной 4455 Вт-ч/(м2-сут), как показано на рис. 2 прямой Ср.
Таблица 2
Характеристика Солнечной радиации и относительные погрешности рассчитанных величин по данным различных метеостанций Ирака
Солнечная радиация
№ Станция Измерения Результаты расчетов %
1 Мосул 4324 4281 1
2 Киркук 4414 4283 3
3 Багдад 4650 4593 1
4 Рутба 4715 4676 1
5 Насирия 4606 4442 4
На рис. 3 - 5 даны среднемесячные климатические характеристики воздействия солнечной радиации для Ирака (количество часов работы солнечной радиации, температура воздуха и влажность).
38
42
34
30
Синд • Заху жар • мусил <
У • Аа ш *Пег™ ЛрбИЛЬ • С^СЕ Ки ркук Г 1ГИНИЯ
Ругба • • К Багдад зрбела • XaiiV
• • Салман На сирия! • РЙС :а
— ГР£ • ста ница нции
34
30
38 40
0
42 44
_400_
46 4 3 _ВО0 километр
Рис. 1. Метеорологические станции в районах Ирака
14000
янв. февр. март. апр. май. июнь июль авг. сент. окт. нояо. дек.
Месяц
Рис. 2. Осреднения солнечной радиации по данным НАСА на высоте (Но) и на горизонтальной поверхности земли территории Ирака (Н), Вт-ч/(м2-сут)
16
14 12 10
8 6 4 2 0
14 1 4 и п
12 1 2 1 2 J ^^ 1 1 2 ^ 11
10 1 0 1 ^ 1 0 10
/
п —_ i
янв. февр. март. апр. май. июнь июль авг. сент. окт. нояб. дек.
Месяц
Рис. 3. Максимальное и реальное с учетом облачности количество часов действия солнечной радиации, ч
О
н
40 35 30 25 20 15 10
35 35 " —
->я / 4>v>31
\25
2 2/
1 5/ \1 /
1 9 1 / \ 1 1
о ж
н
О
янв. февр. март. апр. май. июнь июль авг. сент. окт. нояб. дек.
Месяц
Рис. 4. Среднемесячные значения температуры воздуха в Ираке, °С
80
70
8 60 5
I 50
2 30
20
10
7 1 70
\ 6 i У 14. cc 57/
\ 4fi /
К 4tr
\ / r^ 28
2 3
янв. февр. март. апр. май. июнь июль авг. сент. окт. нояб. дек.
Месяц
Рис. 5. Среднемесячные значения относительной влажности воздуха в Ираке, %
Выводы
Анализ статистических данных показал:
1. Солнечная радиация на поверхности земли в условиях Ирака изменяется в течение года от 2393 до 6576 Вт-ч/(м2-сут), при средней за год 4455 Вт-ч/(м2-сут), что значительно выше, чем для южных регионов России. Например, осредненная солнечная радиация в южных регионах РФ равна 3500 - 3800 Вт-ч/(м2-сут).
2. Количество солнечных дней в году в Ираке в среднем составляет 250 ^ 270, что позволяет максимально использовать солнечную радиацию для народнохозяйственных целей.
3. Республика Ирак находится в хороших условиях для использования солнечной энергии при производстве электроэнергии на базе установок фотопреобразователей и генераторов насыщенного перегретого пара для паросиловых агрегатов, а также в производстве тепла для отопления и горячего водоснабжения.
Литература
Hussein A.K., Miqdam T.C. Status and future prospects of renewable energy in Iraq [Электронныйресурс] // Renewable and Sustainable Energy Reviews. October 2012. Vol. 16. № 8. P. 6007-6012.-URL:http://www.sciencedirect.com / science/article/pii/S1364032112002420 (дата обращения: 12.06.2013).
Veretenenko S.V., Pudovkin M.I. Variations of solar radiation input to the lower atmosphere associated with different helio/geophysical factors [Электронный ресурс] // J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. May 1999. Vol. 61. P. 521 - 529. URL:http://www.sciencedirect.com/ science/ article/pii/S1364682699000140 (дата обращения: 03.08.2013).
Abedelhak BEN Jemaa, Souad Rafab, Najib Essounboulia, Abdelaziz Hamzaouia, Faicel Hnaienc, Farouk Yalaouic. Estimation of Global Solar Radiation Using Three Simple Methods [электронный ресурс] // Energy Procedia. 2013. Vol. 42. P. 406-415. URL: http://www.science direct.com/ science/article/pii/S 1876610213017438(дата обращения: 20.09.2013).
4. Агаев И.Х. О методе расчёта интенсивности солнечной радиации с учётом многослойной модели атмосферы [Электронный ресурс] // Интернет-журнал «Технологии техносферной безопасности» (http://ipb.mos.ru/ttb) Вып. № 4 (32), 2010. (дата обращения: 10.11.2013).
5. Сивков С.И. Методы расчета характеристик солнечной радиации [Электронный ресурс]. Л., 1968. (дата обраще-
ния: 5.12.2013).
6. Coskun C., Oktay Z., Dincer I. Estimation of monthly solar radiation distribution for solar energy system analysis [Электронный ресурс] // Energy. February 2011. Vol. 36. № 2. P. 1319-1323.-URL: http://www.sciencedirect.com/ science/article/pii/S0360544210006353 (дата обращения: 15.10.2013).
References
1. Hussein A.K., Miqdam T.C. Status and future prospects of renewable energy in Iraq . Renew-able and Sustainable Energy Reviews. October 2012, vol. 16, no. 8, pp. 6007-6012.- Available at: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032112002420 (accessed 12.06.2013).
2. Veretenenko S.V., Pudovkin M.I. Variations of solar radiation input to the lower atmosphere associated with different he-lio/geophysical factors . J. Atmos-pheric and Solar-Terrestrial Physics. May 1999, vol. 61, pp. 521 - 529. Available at: http://www.sciencedirect.com/science/ article/pii/S1364682699000140 (accessed 03.08.2013).
3. Abedelhak BEN Jemaa, Souad Rafab, Najib Essounboulia, Abdelaziz Hamzaouia, Faicel Hnaienc, Farouk Yalaouic. Es-timation of Global Solar Radiation Using Three Simple Methods. Energy Procedia. 2013, vol. 42, pp. 406-415. Available at: http://www.science direct.com/ science/article/pii/S1876610213017438 (accessed 20.09.2013).
4. Agaev I.H. O metode rascheta intensivnosti solnechnoj radiacii s uchetom mnogoslojnoj modeli atmosfery. Internet-zhurnal «Tehnologii tehnosfernoj bezopasnosti», vol. 4 (32), 2010. Available at: http://ipb.mos.ru/ttb (accessed 10.11.2013).
5. Sivkov S.I. Metody rascheta harakteristik solnechnoj radiacii. Leningrad, 1968. Available at: 5.12.2013.
6. Coskun C., Oktay Z., Dincer I. Estimation of monthly solar radiation distribution for solar energy system analysis. Energy. February 2011, vol. 36, no 2, pp. 1319-1323 Available at: http://www.sciencedirect.com/ sci-ence/article/pii/S0360544210006353 (accessed 15.10.2013).
Поступила в редакцию 1 апреля 2014 г.
