CC BY
71
УДК 528.4
АНАЛИЗ ПОТЕНЦИАЛА ВЕТРОВОЙ ЭНЕРГИИ ТЕРРИТОРИИ ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКОЙ ОБЛАСТИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЦИФРОВОГО КАРТОГРАФИРОВАНИЯ
Анастасия Денисовна Савельева
Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Даулета Серикбае-ва, 070004, Республика Казахстан, Восточно-Казахстанская область, г. Усть-Каменогорск, ул. А. К. Протозанова, 69, студент, тел. (777)991-43-19, e-mail: savelievaad@gmail.com
Асем Кенжебековна Оразаева
Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Даулета Серикбае-ва, 070004, Республика Казахстан, Восточно-Казахстанская область, г. Усть-Каменогорск, ул. А. К. Протозанова, 69, студент, тел. (777)980-08-58, e-mail: orazaeva-98@mail.ru
Юлия Дмитриевна Гусаренко
Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Даулета Серикбае-ва, 070004, Республика Казахстан, Восточно-Казахстанская область, г. Усть-Каменогорск, ул. А. К. Протозанова, 69, ст. преподаватель, тел. (708)900-53-10
В статье рассмотрены перспективы развития ветроэнергетики в Республике Казахстан путём анализа потенциала ветровой энергии на основе создания комплексной цифровой карты ветров территории Восточно-Казахстанской области.
Ключевые слова: зеленая энергетика, ветроэнергетика, ветрогенератор, ветроэнерго-станция, штиль, среднегодовая скорость ветра, метеорологические исследования, метеомачта, цифровая карта ветров, ветропотенциал.
ANALYSIS OF THE POSSIBILITIES OF WIND ENERGY IN THE TERRITORY OF THE EAST KAZAKHSTAN REGION BASED ON DIGITAL MAPPING
Anastassiya D. Savelyeva
D. Serikbayev East Kazakhstan State Technical University, 69, Protozanov A.K. St., Ust-Kamenogorsk, East Kazakhstan region, 070004, Republic of Kazakhstan, Student, phone: (777)991-43-19, e-mail: savelievaad@gmail.com
Asem K. Orazaeva
D. Serikbayev East Kazakhstan State Technical University, 69, Protozanov A.K. St., Ust-Kamenogorsk, East Kazakhstan region, 070004, Republic of Kazakhstan, Student, phone: (777)980-08-58, e-mail: orazaeva-98@mail.ru
Yuliya D. Gusarenko
D. Serikbayev East Kazakhstan State Technical University, 69, Protozanov A.K. St., Ust-Kamenogorsk, East Kazakhstan region, 070004, Republic of Kazakhstan, Senior Lecturer, phone: (777)152-69-97, e-mail: gusarulka@list.ru
Prospects of wind energy development in the Republic of Kazakhstan are analyzed in the article by analyzing the potential of wind energy based on the creation of a comprehensive digital map of winds in the territory of the East Kazakhstan region.
Key words: green energy, wind energy, wind generator, wind power station, calm, annual wind speed, meteorological studies, weather report, digital map of winds, wind potential.
Ежегодно потребление и загрязнение энергетических, сырьевых и растительных ресурсов возрастает, в настоящее время оно достигло своего апогея. Из недр земли в среднем ежегодно добывается до 100 млрд. т. рудных полезных ископаемых, топлива и различных строительных материалов, природного газа и нефти - до 5 млрд. т. Ежегодно в атмосферу выбрасывается более 200 млн. т оксида углерода, около 150 млн. т диоксида серы. В Мировой океан попадает до 10 млн. т нефти. С каждым годом площади почв, пригодных для земледелия, уменьшаются на 6 - 7 млн. га. [6].
Население Земли стремительно растёт, что способствует увеличению потребления различных ресурсов, в том числе и энергоресурсов. От развития энергетической отрасли зависят темпы развития не только отдельных территорий, но и целых государств [8].
Во всем мире получает свое распространение так называемая «зеленая энергетика», которая заключается в использовании современных, экологически проверенных, энергоэффективных технологий. Развитие и совершенствование «зелёной энергетики» обусловлено необходимостью восполнения энергодефицита, решением экологических проблем и нового этапа технологического развития мировой экономики. Спектр и масштаб возобновляемых источников энергии достаточно широк - от локальных ветровых установок до глобальных проектов, позволяющих получать энергию космоса [1].
Ветроэнергетика - одна из отраслей «зелёной энергетики», которая основана на преобразовании кинетической энергии воздушных масс, находящейся в атмосфере, в электрическую, механическую, тепловую или в иную форму энергии, применяемую в народном хозяйстве. Для этого используют следующие специализированные установки:
- ветрогенератор (для получения электрической энергии);
- ветряную мельницу (для преобразования в механическую энергию);
- парус (для использования в транспорте) и др.
По сравнению с другими видами энергии, ветроэнергия является возобновляемой, так как энергия ветра является следствием активного влияния Солнца. Сеть ветрогенераторов состоит из двух и более крупных ветряных аппаратов. Более мелкие же используют для снабжения электричеством удалённых районов. В отличие от природных ископаемых, энергия ветра практически неисчерпаема, повсеместно доступна и более экологична. Но при строительстве данных сооружений возникает ряд технических и экономических проблем, способствующих замедлению развития ветроэнергетики. В частности, непостоянство ветровых потоков также является достаточно большой проблемой [7].
Теоретически ветроэнергостанцию (ВЭС) можно разместить в абсолютно любой точке местности, потому что такое природное явление как ветер присутствует повсеместно. Но необходимо экономическое обоснование каждой ВЭС, чтобы вложения были прибыльными.
Республика Казахстан является одной из самых богатых минеральными ресурсами стран мира. Несмотря на это, глобальные проблемы, касающиеся исчерпания минеральных и углеводородных ресурсов, неминуемо затрагивают и нас. Поэтому для нашей Республики «зеленая энергетика» также имеет большой интерес.
Естественной преградой для ветра является неровность рельефа. Восточный Казахстан обладает достаточно большим количеством горной и холмистой местности, что в свою очередь способствует меньшему количеству ветров. В таких горных районах Восточно-Казахстанской области (ВКО) как Катон-Карагайский, Маркакольский и Тарбагатайский имеет место быть такое явление как штиль. Штиль - это безветренная погода, которая существует в любой местности. Штиль является самым неблагоприятным явлением для ветроэнергетики [8].
Среднегодовая скорость ветра на территории Восточного Казахстана находится в промежутке от 0,8 до 3,8 м/с [2]. Такая скорость объясняется рельефом местности, антропогенными факторами, временем года и т.д. В различное время года скорость ветра различна, соответственно выработка энергии различна в течение года. Наименьшая скорость ветра в ВКО наблюдается в летнее время, наибольшая - в зимнее. Данная статистика объясняется формированием воздушных масс, влиянием различных атмосферных фронтов. Таким образом, ВКО обладает определённым потенциалом ветровой энергии.
Для более точной оценки потенциала ветровой энергии наиболее подходящих мест необходимы специальные метеорологические исследования с использованием метеорологической мачты высотой 30 - 80 м на протяжении одного года как минимум. Для расчёта годовой выработки электроэнергии ветровыми установками используют данные, полученные метеорологической мачтой. Результаты исследований применяют для подготовки технико-экономического обоснования строительства ветряной электростанции [7].
В целях выбора мест расположения площадок, пригодных для строительства ВЭС, по данным 29 метеорологических станций Восточного Казахстана, имеющимся за последний год, с помощью ПО Maplnfo Professional 12.5 были созданы три слоя комплексной цифровой карты ветров территории Восточного Казахстана: среднемесячной скорости ветра за январь, июль и за год (рис. 1) [9,5].
С помощью программы Microsoft Excel по метеорологическим данным были построены розы ветров населённых пунктов Восточного Казахстана, вместе с этими данными привязанные к пунсонам населённых пунктов ВКО с помощью функции «Геолинк» [9].
Анализ данных созданной цифровой карты показал, что местность близ озера Алаколь обладает огромным ветропотенциалом. Средняя скорость потоков ветра на высоте 50 м за год составляет 9,7 м/с, а плотность - 1050 Вт/м . Это позволит производить примерно 4400 кВт. ч электрической энергии на 1 кВт установленной мощности ВЭС. Полученные результаты определяют данную местность, как уникальную территорию для достижения целей ветровой энергетики. Наличие огромной площади открытого пространства позволяет распо-
ложить здесь несколько сот ветряных электростанций МВт мощности с выработкой электричества приблизительно 1 млрд. кВт.ч в год. В настоящий момент в данном районе ведется строительство пробной ВЭС 5 МВт, которая предполагает выработку примерно 18 млн. кВт. ч электричества в год. В случае эффективной эксплуатации мощность ВЭС может быть увеличена до 50 МВт [8,4].
Рис. 1. Карта среднегодовой скорости ветра ВКО
Жарминская площадка, находящаяся на расстоянии 100 км от г. Усть-Каменогорска, также имеет хорошие перспективы развития, средняя скорость ветра на высоте 10 м в данном районе составляет 5,6 м/с, при этом плотность ветряного потока равна 510 Вт/м , что позволяет производить примерно 3200 кВт/ч энергии на каждый кВт. предположительной мощности ВЭС (рис. 2).
Планируемая мощность ветряной электростанции составит порядка 40 МВт. Данный показатель является сопоставимым со многими выгодными ветровыми местами в Европе [8,4].
Многие регионы Республики Казахстан находятся в зависимости от поставок электричества из центральных регионов страны. Транспортировка электроэнергии на большие расстояния приводит к огромным потерям электроэнергии, в том числе из-за устарелой инфраструктуры. Для удовлетворения возрастающего спроса на потребление электроэнергии в отдалённые регионы страны необходимо увеличить поставки электроэнергии. Это означает значительное увеличение капитальных вложений для обновления и расширения генерирующих мощностей и инфраструктуры электрической сети.
Использование местных источников электроэнергии сокращает общие затраты за счёт уменьшения капитальных вложений в развитие инфраструктуры электросети, потерь электроэнергии при транспортировке [6].
Рис. 2. Расположение площадок, пригодных для строительства ВЭС
Казахстан располагает огромными ветровыми ресурсами, так как страна находится в ветровом поясе северного полушария. На большей части государства наблюдаются весьма сильные воздушные течения преимущественно северо-восточного и юго-западного направлений. Примерно на половине территории Казахстана среднегодовая скорость ветра равна 4 - 5 м/с, что, учитывая площадь страны (свыше 2,72 млн. км2), обуславливает наличие огромного ветроэнергетического потенциала. Во многих районах Казахстана среднегодовая скорость ветра равна либо превышает 6 м/с, что создает в этих районах перспективные условия для использования ветровой энергетики. Стоимость электроэнергии от ВЭС, которая расположена в таких местах, равна 5 - 7 центам за кВт.ч, с учётом инвестиций [4].
В результате влияния многочисленных факторов, Республика Казахстан рассматривается как одна из наиболее перспективных территорий для применения энергии воздушных масс. Районы, где скорость ветра равна либо превышает 6 м/с, находятся в центральной части страны, в Прикаспии, а также на юге, юго-востоке и юго-западе государства. Потенциал Республики, по оценкам экспертов, составляет около 1820 млрд. кВт.ч в год. В общей сложности, в Казахстане производится - 18,400 МВт, мощность ветровых электростанций может составить 3500 МВт при годовой выработке электричества порядка 8 - 9 млрд. кВт.ч. Экономический потенциал использования ветроэнергетики будет опре-
деляться соотношением стоимости электрической энергии ветряных станций и источников энергии с учётом транспортировки, а также учётом экологического эффекта от уменьшения загрязнения окружающей среды при замещении мощностей угольных электростанций [4].
Казахстан обладает развитым объединением взаимосвязанных отраслей машиностроения, которое в перспективе даёт возможность создать производство ветровых установок на казахстанских предприятиях. В результате снизится стоимость строительства ветростанций и, следовательно, стоимость электроэнергии от ветряных станций. Овладение современной технологией ветроэнер-гостроения внесёт существенный вклад в индустриализацию и социально-экономическое развитие Казахстана [8].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Егорова М.С. Развитие возобновляемых источников энергии - мировой опыт и российская практика. //Вестник науки Сибири. - 2013. [Электронный ресурс]. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/razvitie-vozobnovlyaemyh-istochnikov-energii-mirovoy-opyt-i-rossiyskaya-praktika.
2. РГП «КАЗГИДРОМЕТ». [Электронный ресурс]. URL: https://kazhydromet.kz/ru.
3. Energy Partner. Возобновляемые источники энергии. [Электронный ресурс]. URL: http://www.energypartner.kz/.
4. Закон Республики Казахстан от 4 июля 2009 года № 165-IV «О поддержке использования возобновляемых источников энергии» (с изменениями и дополнениями по состоянию на 28.12.2016 г.).
5. Руководство пользователя Mapinfo Professional 12.0. - Лондон: Pitney Bowes Software Inc. - 2015.
6. Статистика окружающей среды и природных ресурсов. [Электронный ресурс]. URL: https://works.doklad.ru/view/xNa8Hdk_8mU.html.
7. ГОСТ Р51990-2002. Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика.
8. Установки ветроэнергетические. Классификация.
9. Болотов А.В., Соколов С.Е., Болотов С. А. Развитие ветроэнергетики
10. Республики Казахстан, энергетические системы электроснабжения автономных
11. объектов. //Вестник АИЭС. - № 3 (6). - 2009. - С. 11 - 18.
12. Нурпеисова Т.Б., Ормамбекова А.Е. Оцифровка карт в программе Mapinfo: методические указания по выполнению лабораторных работ. - Алматы: КазНТУ, 2005. - 37 с.
13. Салищев К. А. Картоведение. - М.: Изд-во Московского университета, 1976. - 438 с.
© А. Д. Савельева, А. К. Оразаева, 2018
