CC BY
113
УДК 004.9
А.А. Волков, А.В. Седов, П.Д. Челышков, Л.В. Сукнева
ФГБОУВПО «МГСУ»
ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА (АТЛАС) АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ
Рассмотрено перспективное направление в экономике — использование альтернативных источников энергии для обеспечения электроэнергией и теплом развивающихся регионов, в которых отсутствует инфраструктура. Для этого предлагается изучить существующие методики выбора возобновляемых источников, создать интерактивные карты и базы данных климатических характеристик (солнечная радиация, розы ветров, температурные пояса), действующих объектов возобновляемой энергетики и сформировать географическую связь между полученными базами данных.
Ключевые слова: альтернативные источники энергии, возобновляемые источники энергии, ГИС-системы.
Цель создания подобной технологии оценки вариантов расположения различных альтернативных источников энергии состоит в том, что в настоящее время нет понимания того, как и где использовать альтернативные источники энергии, в каких регионах, какие и в каком количестве. В литературных источниках можно найти информацию о том, что ветрогенераторы и установки, использующие низкопотенциальное тепло, не применимы для регионов с низкими температурами в холодный период года.
В последнее время все чаще можно услышать разговоры о том, что необходимо развивать регионы, которые находятся далеко от мегаполисов, и где, как правило, плохо развита или вовсе отсутствует инфраструктура. И тогда становится актуальным вопрос выбора между альтернативными источниками энергии, которые сейчас могут обеспечить тепловой и электрической энергией развивающиеся регионы, и вводом новых генерирующих мощностей, для которых необходимо прокладывать инженерные сети, что значительно дороже [1]. В данном случае сейчас прибегают ко второму варианту, выбирая уже понятный и апробированный способ развития. В связи с постоянным удорожанием цен на 1 кВт-ч электрической энергии 1 Гкал тепловой энергии примерно на 25 % в год в будущем использование альтернативных источников энергии будет нормой [2]. Пока можно вести речь только о тех регионах РФ, где есть необходимость в энергии, но ее туда тяжело доставить.
Для того чтобы определить возможные места расположения альтернативных источников энергии, необходимо провести следующий анализ. 1. Анализ имеющихся данных.
1.1. Геология. Гидрогеология. Анализ имеющихся геологических карт региона с целью выявить наилучшие места для использования геотермальных контуров тепловых насосов (использование низкопотенциальных источников энергии). Получение тепловой энергии для отопления / охлаждения помещений в зависимости от времен года.
©ВолковА.А., СедовА.В., Челышков П.Д., СукневаЛ.В., 2013
213
ВЕСТНИК 1/2013
1/2013
1.2. Роза ветров. Анализ имеющихся данных о ветровых диаграммах региона с целью выявления наилучших мест для использования ветрогенераторов. Получение электрической энергии.
1.3. Солнечная радиация. Анализ имеющихся данных об активности солнечной радиации.
1.4. Температурные поля. Анализ имеющихся климатических данных.
1.5. Возможность получения биотоплива. Анализ имеющихся в округе различных источников биоотходов.
2. Сбор недостающих данных, актуализация имеющихся.
Проведение научно-исследовательских работ по анализу, измерению теплотехнических характеристик грунта региона и грунтовых вод для использования низкопотенциальных источников энергии (геотермальных контуров тепловых насосов), изучению, актуализации розы ветров региона, активности солнечной радиации и т.д. Составление актуальной базы данных источников для альтернативной энергии. При сборе недостающих данных целесообразно создать мобильные станции, которые будут состоять из грузового автомобиля, на борту которого может находиться метеостанция, способная измерять температуру воздуха, скорость и направление ветра, солнечную радиацию и т.д. [3]. Мобильные станции по графику будут располагаться по карте, собрав данные с одного места, время сбора данных для различных регионов может колебаться, будут передвигаться к следующим координатам, таким образом будет формироваться полная, актуальная база данных различных источников для альтернативной энергии.
3. Общий анализ данных.
3.1. Составление интерактивной карты, которая использует данные о наилучших местах расположения альтернативных источников энергии.
3.2. Составление интерактивной карты с населенными пунктами региона с указанием количества построек, численностью населения и необходимым количеством энергоресурсов. Каждый населенный пункт (район) будет представлен на карте областью. Область представляет собой фигуру ограниченной площади с потребностью в энергоресурсах. Площадь определяется технической возможностью доставки энергоресурсов до потребителей. Стоит обратить внимание на минимизацию количества посредников между производителем электроэнергии и потребителем.
На рис. 1 изображена схема наложения матриц для получения весового коэффициента. При анализе всех исходных данных необходимо будет составить различные матрицы для региона. Матрицы представляют собой данные (температурные поля, активность солнечной радиации, количество ветреных дней в году, скорость и направление ветра и т.д.), нанесенные на географические размеры региона. Размерность матрицы не имеет значения, главное, чтобы при наложении матриц все они были одной размерности. Далее матрицы накладываются друг на друга. Последними накладываются матрица расположения потребителей энергии на карте и матрица развития регионов, так как немаловажно получить источники энергии в непосредственной близости от потребителей во избежание дополнительных затрат на прокладку трасс. Целью наложения матриц является получение весового коэффициента. Весовой коэффициент — это либо значение общей получаемой тепловой и электрической энергии [4] в
214
КБИ 1997-0935. Vestnik МвЭи. 2013. № 1
привязке к координатам на географической карте, либо рассмотрение отдельных альтернативных источников энергии, например, сколько электрической энергии можно получить в любых координатах выбранного региона.
Матрица расположения потребителей энергии
Матрица температурных полей региона
Матрица розы ветров региона
Рис. 1. Схема наложения матриц для получения весового коэффициента
После получения весовых коэффициентов, если привязываться к конкретным координатам региона, или весовых матриц для всего региона необходимо создать базы данных весовых матриц. После создания баз данных весовых матриц региона их необходимо подключить к географической карте. На рис. 2 изображены подключения БД в технологии размещения альтернативных источников энергии. Таким образом получится информационная технология определения возможных мест установки различных альтернативных источников энергии.
Водоносные грунты
Водные ресурсы
Геотермальное тепло
Ветрогенераторы
Географическая карта РФ (или региона)
Интерактивная карта (технология размещения альтернативных источников энергии)
Активность / \ солнечной радиации \/
Скорость, направление и количество ветреных дней в году
Биотопливо
Солнечные коллекторы
Рис. 2. Схема подключения БД в технологии размещения альтернативных источников энергии
Библиографический список
1. Волков А.А. Управление зданиями: интеллектуальные системы // Стратегия развития инвестиционно-строительного и жилищно-коммунального комплексов в современных условиях : междунар. сб. науч. тр. МГАКХиС / под. общ. ред. С.М. Яровенко. М. : МГАКХиС, 2009. С. 384—394.
ВЕСТНИК 1/2013
1/2013
2. Челышков П.Д., Кузин К.С., Михайличенко А.В. Методы теории вероятностей при сценарном моделировании режимов эксплуатации зданий и комплексов в САПР // Вестник МГСУ 2011. № 6. С. 475—477.
3. Унтила Г.Г., Закс М.Б. Кремниевая фотоэнергетика: состояние и основные направления развития // Теплоэнергетика. 2011. Т. 58. № 11. С. 932—947.
4. Ashby W.R. An Introduction to Cybernetics, Second Impression, London, Chapman & Hall Ltd., 1957. 295 p.
Поступила в редакцию в январе 2013 г.
Об авторах: Волков Андрей Анатольевич — доктор технических наук, профессор, проректор по ИИТ, заведующий кафедрой информационных систем, технологий и автоматизации в строительстве, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, volkov@mgsu.ru;
Седов Артем Владимирович — младший научный сотрудник Научно-образовательного центра информационных систем и интеллектуальной автоматики в строительстве, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, sedovav@ mgsu.ru;
Челышков Павел Дмитриевич — младший научный сотрудник Научно-образовательного центра информационных систем и интеллектуальной автоматики в строительстве, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, chelyshkovpd@mgsu.ru;
Сукнева Луиза Валерьевна — ассистент, аспирант кафедры информационных систем, технологий и автоматизации в строительстве, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, suknevalv@mgsu.ru.
Для цитирования: Географическая информационная система (атлас) альтернативных источников энергии / А.А. Волков, А.В. Седов, П.Д. Челышков, Л.В. Сукнева // Вестник МГСУ 2013. № 1. С. 213—217.
A.A. Volkov, A.V. Sedov, P.D. Chelyshkov, L.V. Sukneva
ATLAS: GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEM OF ALTERNATIVE SOURCES OF ENERGY
In this article, the authors raise the issue of the upcoming trend in the economy, namely, the use of alternative sources of energy to meet the demand for electricity and heating in the areas that suffer from the underdeveloped infrastructure. For this purpose, analysis of existing renewable energy sources, compilation of interactive maps and databases of climatic conditions (solar radiation, wind roses, and temperature zones) is needed to assure a smooth operation of renewable energy facilities and to generate a geographical link between the above databases.
The objective of the proposed technology designated for the assessment of options for the positioning of varied alternative sources of energy is to identify the types and quantities of alternative energy sources and to have them positioned on site. The authors believe that wind mills and energy generating facilities that consume low-temperature heat are impossible to operate in winter seasons in the areas that have cold climates.
Positioning of alternative energy sources contemplates the analysis of the available data, collection of any missing data and update of the information available to date.
216
ISSN 1997-0935. Vestnik MGSU. 2013. № 1
Thereafter, complete data analysis is to develop into an advanced full-scale geographic
information system of alternative energy sources in Russia.
Key words: alternative energy sources, renewable energy, GIS system.
References
1. Volkov A.A. Upravlenie zdaniyami: intellektual'nye sistemy [Management of Buildings: Intelligent Systems]. Strategiya razvitiya investitsionno-stroitel'nogo i zhilishchno-kommunal'nogo kompleksov v sovremennykh usloviyakh [Strategy for Development of Investment, Construction and Housing Utility Facilities in the Modern Context]. Edited by Yarovenko S.M. Moscow, MGAKKhiS Publ., 2009, pp. 384—394.
2. Chelyshkov P.D., Kuzin K.S., Mikhaylichenko A.V. Metody teorii veroyatnostey pri st-senarnom modelirovanii rezhimov ekspluatatsii zdaniy i kompleksov v SAPR [Methods of the Probability Theory in the Framework of Scenario-based Modeling of Modes of Operation of Buildings and Clusters of Buildings in CAD]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2011, no. 6, pp. 475—477.
3. Untila G.G., Zaks M.B. Kremnievaya fotoenergetika: sostoyanie i osnovnye naprav-leniya razvitiya [Silicon-based Photovoltaic Energetics: State of the Art and Principal Lines of Development]. Teploenergetika [Thermal Engineering]. 2011, vol. 58, no. 11, pp. 932—947.
4. Ashby W.R. An Introduction to Cybernetics, Second Impression. London, Chapman & Hall Ltd., 1957, 295 p.
About the authors: Volkov Andrey Anatol'evich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Vice Rector for Information and Information Technologies, Chair, Department of Information Systems, Technology and Automation in Civil Engineering, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; it@mgsu.ru;
Sedov Artem Vladimirovich — Junior Researcher, Research and Educational Centre for Information Systems and Intelligent Automation in Civil Engineering, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe Shosse, 129337, Moscow, Russian Federation; sedovav@mgsu.ru;
Chelyshkov Pavel Dmitrievich — Junior Researcher, Research and Educational Centre for Information Systems and Intelligent Automation in Civil Engineering, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe Shosse, 129337, Moscow, Russian Federation; chelyshkovpd@mgsu.ru;
Sukneva Luiza Valer'evna — postgraduate student, assistant lecturer, Department of Information Systems, Technology and Automation in Civil Engineering, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; suknevalv@mgsu.ru.
For citation: Volkov A.A., Rakhmonov E.K. Geograficheskaya informatsionnaya sistema (atlas) al"ternativnykh istochnikov energii [Atlas: Geographic Information System of Alternative Sources of Energy]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2013, no. 1, pp. 213—217.
