CC BY
71
Технические науки
УДК 621.383+621.548+662.63+631.95
ОСНОВЫ ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ В ОСВОЕНИИ ПУСТЫННОЙ
ЭКОСИСТЕМЫ КАРАКУМЫ (Часть 3)
А. М. Пенджиев, Туркменский государственный архитектурно-строительный институт (Туркменистан, Ашхабад), e-mail: ampenjiev@rambler.ru
Аннотация. В статье рассматривается геоинформационные системы (ГИС) и создание геоинфармационных технологии (ГИТ), которые позволяют оперативно и подробно анализировать на основе имеющейся географически привязанной информации различные альтернативные варианты для проведения оценки проектирования установок в той или иной области энергетики c целями обеспечения устойчивого развития в освоение пустыни Каракумы. В особой степени это относится к энерговодообеспечение объектам и системам, с использованием возобновляемых источников энергии в связи с их высокой пространственной и временной неравномерностью и изменчивостью. В соответствии со стоящими задачами, определяющими необходимые расчетные параметры, и встают требования к исходной физико-географической, природно-климатической, метрологической и информации потенциала, необходимой для создания базы данных ГИС технологии. Оценки возобновляемых энергоресурсов и его распределения по территории затруднено ограниченностью объема энергопотенциала по времени и в пространстве. С помощью ГИС можно решить энергетические, экономические, экологические, социальные вопросы и возможности смягчения изменения климата на основе энергетических установок, и их ресурсы, выгоды, цели и задачи на научно-методических основах в области освоение пустыни Каракумы для реализации государственных программ Туркменистана энерговодообес-печения региона. На основе ГИС возможности составление карт на цифровой основе местности в пустынной зоне Туркменистана.
Ключевые слова: геоинфармационная система, возобновляемая энергетика, технический, экологический, экономический потенциал и ресурсы, освоение пустыни Каракумы, развития пастбищ Туркменистана.
BASES OF GEOINFORMATION SYSTEM IN DEVELOPMENT OF KARAKUM
DESERTED ECOSYSTEM (Part 3)
Abstract. The article considers geoinformation systems (GIS) and the creation of geoinfarmation technologies (GIT) that allow the rapid and detailed analysis, based on the available geographically related information, of various alternative options for assessing the design of installations in a particular energy field with the goals of sustainable development in the development of the desert The Karakum. Particularly, this refers to energy supply to facilities and systems, using renewable energy sources due to their high spatial and temporal unevenness and variability. In accordance with the tasks that determine the necessary design parameters, there are requirements to the initial physico-geographical, natural-climatic, metrological and information potential required to create a database of GIS technology. Estimates of renewable energy resources and their distribution across the territory are hampered by the limited volume of energy potential in time and space. With the help of GIS, it is possible to solve energy, economic, environmental, social issues and opportunities for mitigating climate change on the basis of power plants, and their resources, benefits, goals and objectives on the scientific and methodological basis in the development of the Karakum Desert for the implementation of Turkmenistan's state programs of energy savings -the region's cave. Based on GIS, it is possible to draw maps on a digital basis in the desert region of Turkmenistan.
Keywords: geoinfarmation system, renewable energy, technical, ecological, economic potential and
resources, development of Karakum desert, development of pastures of Turkmenistan.
ГИС ТЕХНОЛОГИИ: ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ЭНЕРГОРЕСУРСЫ И ВОДООБЕСПЕЧЕНИЕ
В ПУСТЫНЕ КАРАКУМ
Актуальность проблемы.
Важным шагом в общей борьбе с опустыниванием и засухой, и как следствие, деградацией земель стало принятие еще в 1994 году Конвенции ООН по борьбе с опустыниванием - одного из трех имеющих особое значение международных договоров об окружающей среде, которую сегодня ратифицировали около 200 стран. Созданная в целях объединения усилий государственных и общественных организаций на международном, региональном, национальном и местном уровнях, Конвенция предлагает комплексный подход к решению данной проблемы и смягчению негативного влияния опустынивания и засух на страдающие от них государства [1-4].
В контексте активизации эффективного международного экономического диалога как важной составляющей всеобщего устойчивого развития главное внимание должно быть сосредоточено на совмещении объективных экономических интересов государств с необходимостью поддержания на должном уровне экологического баланса, недопущения нанесения ущерба окружающей среде. А это, в свою очередь, подразумевает использование новых геоинфармационных экологических технологий и разработку инновационных решений в природоохранной сфере. Высокая экологичность мирового экономического пространства неразрывно связана с его эффективностью. Нейтральный Туркменистан убежден в необходимости объединения усилий мирового сообщества, в этом направлении на международном, региональном и национальном уровнях, также необходимости эффективной координации государств с ООН.
Напомню в мае 2013 г. Президент Туркменистана Гурбангулы Бердымухамедов принял исполнительного секретаря Конвенции ООН по борьбе с опустыниванием (КБО ООН) Люка Гнакаджу, прибывшего в Ашхабад с рабочим визитом.
При встречи, глава Туркменского государства подчеркнул особое значение, придает сотрудничеству с крупнейшими международными организациями, и в первую очередь ООН, выступающей востребованной временем площадкой для ведения продуктивного и эффективного диалога по актуальным вопросам современности. Одним из вопросов, остро стоящих на повестке дня глобального человеческого развития, признана проблема опустынивания. Придавая особое значение решению проблемы деградации земель, проводит мероприятия по мониторингу опустынивания, рациональному использованию и улучшения пастбищ в решение социально-бытовых вопросов скотоводов, разведению и восстановлению лесов, закреплению и облесению подвижных песков, рациональному использованию и мелиорации орошаемых земель, развитию приоритетных научно-технических направлений. Инвестируются средства в рациональное использование и охрану водных ресурсов, другие природоохранные мероприятия [1,2].
Принимая во внимание многоаспектность проблематики изменения климата и охраны окружающей среды Туркменистан неоднократно заявлял на сессиях Генеральной Ассамблеи ООН и других международных формах. О готовности внести свой вклад в укрепление роли многосторонних международных механизмов, нацеленных на предупреждение
негативных последствий, связанных с глобальными климатическими изменениями. В частности, речь идет о повышении эффективности имплементации Конвенции ООН по борьбе с опустыниванием. В этой связи в Ашхабаде в августе 2014 году проведена Конференция сторон указанной Конвенции [Газета «Нейтральный Туркменистан» 3.08.2014 г.].
Исходя из этих, задач вторая часть статьи посвящается энерговодообеспечению для освоения пустыни и улучшения социально-бутовых условий скотоводов с использованием и применением геоинфармационных технологий (ГИТ). В данном случае приводятся разработки туркменских ученных разработанные технологические установки с использованием возобновляемых источников энергии для решения энерговодообеспечения в пустынной зоне Каракумы.
Конвенция ООН по борьбе с опустыниванием.
Опустынивание - совокупность физико-географических и антропогенных процессов, приводящих к разрушению аридных и полуаридных ландшафтов, деградации всех форм органической жизни. По существующим оценкам аридные земли, где наиболее вероятно возникновение опустынивания, занимает около 40 процентов площади земной суши [1-4].
Проблема борьбы с опустыниванием на глобальном уровне впервые была рассмотрена Конференцией ООН, состоявшейся в Найроби в 1977 г. В 1992 г. Всемирная конференция по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро приняла решения о подготовке Международной конвенции по борьбе с опустыниванием. В 1994 г. Конвенция по борьбе с опустыниванием была принята. 17 июня провозглашён Всемирным днём борьбы с опустыниванием.
В стране уделяется особое внимание проблемам борьбы с опустыниванием. Так, к Конвенции ООН по борьбе с опустыниванием Туркменистан присоединился одним из первых, в 1996 г.; в том же году Конвенция была ратифицирована Парламентом страны.
Цель Конвенции - предотвратить и остановить процесс антропогенного опустынивания, восстановить биологическую продуктивность деградированных земель. Для достижения этой цели необходима долгосрочная комплексная стратегия для районов, затрагиваемых процессами опустынивания. Необходимо систематически вести работы по повышению продуктивности земель, восстановлению и рациональному использованию земельных и водных ресурсов в целях повышения уровня жизни людей.
Туркменистан по Конвенции принял на себя следующие обязательства:
• придать первоочередное значение борьбе с опустыниванием и выделять ресурсы с учетом своих обстоятельств и возможностей;
• разрабатывать стратегии и устанавливать приоритеты в рамках планов по устойчивому развитию и борьбе с опустыниванием;
• уделять особое внимание вопросам устранения причин и социально-экономическим факторам, способствующим развитию процессов опустынивания; содействовать обеспечению осведомлённости и участию местного населения при поддержке общественных объединений в мероприятиях по борьбе с опустыниванием; создавать благоприятную атмосферу, совершенствуя природоохранное законодательство, долгосрочную политику и программы действий.
В 1997 г. Правительством было принята Национальная программа действий по борьбе с опустыниванием в Туркменистане (НПДБО).
Основными целями НПДБО были:
- определение и оценка состояния природно-экономического потенциала Туркменистана в условиях перехода к рыночным отношениям;
- разработка экономичных технологий по восстановлению нарушенных ландшафтов и использованию ресурсов природы; разработка национальной системы мониторинга опустынивания;
- рациональное использование и улучшение мелиоративного состояния орошаемых земель, рациональное использование и мелиорация пастбищ;
- разведение и восстановление лесов;
- развитие приоритетных научно-технических направлений.
В 2003 г. Туркменистан участвовал в разработке и принятии Субрегиональной программы действий по борьбе с опустыниванием в странах Центральной Азии.
В рамках проекта ПРООН/ЮНСО «Реализация НПДБО в Туркменистане» в целях повышения экологического образования местного населения были проведены семинары, подготовлены и изданы календари, плакаты. По вопросам посвященным борьбе с опустыниванием разработаны и выпущены книги, методические материалы [1-4, 11-15].
В настоящее время учёные-природоведы занимаются разработкой практических рекомендаций по защите железных и автомобильных дорог от песчаных заносов и выдувания, а также и выполнением многих других проектов. В 2001-2005 годах был реализован проект «Изучение дикоплодовых древесных растений и разработка приёмов их применения в народном хозяйстве». В частности, были продолжены работы по отбору следующих ценных и перспективных дикоплодовых и лесных растений - фисташки настоящей, миндаля обыкновенного, ореха грецкого, можжевельника туркменского см. фотографию 2.
Фисташковый сад и его плоды.
Цветет кактус.
Фотография 2. Плоды фисташки и кактуса в Центральных Каракумах.
Во исполнение Постановления Президента Туркменистана силами министерств и ведомств осуществляется массовая посадка саженцев. Для контроля выполнения работ по созданию лесных массивов действует Правительственная комиссия [1].
Водообеспечение в пустыне
В комплексе научных проблем вопросы водообеспечения для пустынь остаются по-прежнему ведущими. Любое хозяйственное мероприятие в пустыне — идет ли речь об ос-вое-нии земель под орошение или об интенсификации животноводства, разработке полезных ископаемых или строительстве населенных пунктов — в первую очередь сталкивается с проблемой воды. Поэтому положительное решение этого вопроса позволяет вовлечь миллионы гектара новых территорий в сферу активного промышленного и сельскохозяйственного освоения [1, 3, 4, 15-17].
В тех районах пустынь, где преобладают сильно минерализованные подземные воды, пригодные для питья и водопоя, большую роль в водоснабжении играют временные воды, формирующиеся на такырных поверхностях после дождей. В отличие от рек, местные воды рассеяны на огромных территориях крайне неравномерно. Это лишь локальные источники с относительно небольшим дебитом, способным обеспечить нужды рассредоточенных в пустыне небольших хозяйств. В то же время общий объем местных вод весьма значителен. При условии применения рациональных методов их добычи, сбора и хранения они могут обеспечить даже крупных водопотребителей. К настоящему времени изучены закономерности формирования и пространственного размещения местных водных ресурсов пустынь, определены их запасы и качество. Установлено, что суммарный поверхностный сток в пустынях СНГ только с такырных водосборов достигает огромных размеров, но полезно используются лишь сотые доли процента этого объема. Например, учеными подсчитано, что пустыни Средней Азии и Южного Казахстана получают за счет атмосферных осадков в средний по водности год в 4 раза больше воды, чем протекает ее в Амударье. Эти потенциальные ресурсы поверхностного стока в широком масштабе можно рационально использовать при решении проблемы водоснабжения и комплексного освоения пустынь.
Изучение и опыт внедрения в производство методов рационального использования местных вод, как показывает практика СНГ и ряда зарубежных стран, весьма перспективны.
За последние годы широкое применение нашли подземные воды, вскрытые на значительных территориях пустынь. О подземных водах пустынь Средней Азии и Казахстана дают представление гидрогеологические карты различных масштабов и назначений. Они позволяют утверждать, что подземные воды пустынной зоны в общем изучены лучше, чем в других зонах СНГ. Однако еще недостаточно изучен и поэтому почти не оценен вертикальный водный и солевой обмен между грунтовыми и напорными водами, играющий важную роль в формировании ресурсов и состава воды [1-4].
Поверхностный сток является наиболее древним и легко доступным источником водоснабжения в пустынях. Но экспедиционные и стационарные исследования временного поверхностного стока с глинистых водосборов в пустынях Средней Азии и Казахстана начаты недавно, лет 20 назад. Поэтому неполнота гидрологических наблюдений в этом направлении затрудняет проведение анализа режима поверхностных вод пустынной зоны. Расчетные данные и практика показывают, что водами поверхностного стока можно удовлетворить отгонное животноводство, небольшие поселки, персонал, обслуживающий газопроводные и транспортные магистрали и других мелких потребителей. Однако способы сохранения атмосферных осадков с естественных водосборов, применяемые с древнейших времен, в настоящее время не удовлетворяют растущие потребности в воде крупных хозяйств, расположенных в пустыне.
Из многочисленных способов хранения атмосферных осадков в пустыне наибольший эффект достигается при накоплении стока в естественных подземных коллекторах. В них, при погружении, пресная атмосферная вода образует линзу, плавающую на подземной соленой воде, не смешиваясь с ней. Этот вопрос в условиях, близких к производственным, достаточно изучен в Каракумах, где зоны аэрации и водовмещающих пород представлены песчаными отложжениями [2-4].
Подземные водохранилища, типа подпесчаных линз, гарантируют круглогодичное обеспечение скота водой на самых отдаленных пастбищах, притом экономически вполне выгодно. Однако для широкого внедрения этого метода необходимо совершенствовать поглощающие котлованы и разработать более эффективные способы водозабора. Поглощающие котлованы должны быть инженерными сооружениям со съемными фильтрами, очищающими воду от глинистых частиц. Объем их нужно рассчитать в зависимости от площади такыров и величины наибольшего годового стока. Такие водопоглощающие котлованы должна строить специальная организация, которая осуществляет своевременный ремонт и следит за правильной эксплуатацией системы сооружения такырного водопользования.
Однако такырные водосборы в пустыне встречаются не везде. В районах, где их нет, создаются, пока опытные, асфальто-цементные водосборные площадки небольших размеров. К сожалению, они служат недолго. В настоящее время изучается вопрос о создании новых, более экономичных, легких, термоустойчивых, противофильтрационных материалов, способных образовать прочную водонепроницаемую поверхность. Сейчас трудно сказать, будут ли это тонкие синтетические пленки или жидкие эмульсии, которыми можно по-кры-вать пористые почвы, превращая их в водосборы. Если с одного гектара естественного такырного водосбора стекает в среднем около 300 м3 пресной воды в год, то с гектара ис-
кусственного водосбора можно получить не менее 700—800 м3 воды. Этим количеством пресной воды в смеси с минерализованной можно обеспечить отару овец в 800 голов в течение всего года [2-4].
Производство дешевых противофильтрационных материалов позволяет строить в любом районе пустынь водосборные площадки желаемых размеров, собирать с них нужное количество атмосферной влаги и погружать ее в почву, создавая таким образом своеобразные подземные хранилища воды.
Как уже было отмечено, в пустыне происходит огромное испарение воды с поверхности. Оно превышает количество выпадающих осадков более чем в 20 раз. В целях резкого снижения потерь на испарение ученые ищут специальные жидкости, предназначаемые для покрытия тонкой пленкой поверхности воды. На качество воды эти пленки не будут влиять. Можно предполагать, что для малых емкостей, где ветер не образует волнения, пленки могут сберечь слой воды около двух метров в год, при этом не возникает необходимость строить дорогие сооружения для хранения воды. Тогда все районы, где наблюдается временный поверхностный сток, могут быть обеспечены очень дешевыми небольшими емкостями, в которых дождевая вода будет сохраняться длительное время без потерь на испарение.
Несмотря на полученные результаты в области изучения и использования местных водных ресурсов есть еще много нерешенных научных и организационно-хозяйственных вопросов. Прежде всего необходимо создание в различных природных условиях хорошо оснащенных, постоянно действующих стационаров по детальному изучению местных вод, широкое применение современных физико-математических методов исследований и разных видов моделирования, а также изучение динамики влаги зоны аэрации в различных литологических условиях с целью ее регулирования. Нужна также комплексная оценка водных ресурсов с учетом их охраны, возобновления и управления элементами водного баланса [3, 4, 15-17, 22].
Важное значение в улучшении водообеспеченности рассредоточенных небольших потребителей в пустыне имеет опреснение минерализованных вод (подземных, морских, дренажных, сборных, сточных и т. п.). Их ресурсы в пустыне практически неисчерпаемы и при наличии надежных технических средств, обеспечивающих эффективный и экономический процесс опреснения воды, можно во многих случаях успешно решать задачи водоснабжения и обводнения. Однако насколько проблема опреснения воды важна в практическом отношении, настолько она сложна технически. Особенно это заметно при разработке и создании малых передвижных опреснителей, предназначенных для использования в пустыне.
В области разработки и создания крупных дистилляционных опреснителей для промышленного и коммунального водоснабжения достигнуты значительные успехи. Об этом свидетельствует опыт строительства крупных опреснительных комплексов. В частности, в г. Актау (Шевченко производительностью 120 000 м3 воды в сутки, который бу-дет получать энергию от атомного реактора) и г. Туркменбаши (Красноводск) построены крупные дис-тилляционные опреснители, обеспечивающие большие промышленные комплексы.
В создании малых опреснителей, особенно передвижных, сделано гораздо меньше. Промышленность выпускает небольшие опреснители производительностью от 5 до 25 м3 в сутки, предназначенные для обработки солоноватых вод с солесодержанием 5—8 г/л (со-лесодержание грунтовых вод во многих районах значительно выше). Однако эти установки
из-за отложения накипи либо вообще неприменимы, либо мало пригодны для работы в условиях пустыни. Поэтому в ее отдельные районы, где нет пресных подземных вод и водосборных площадок, вода нередко доставляется людям автомашинами, самолетами и вертолетами. При этом стоимость воды повышается до 100— 320 руб./м3 (Цены 1984 г.). Разумеется, такой водой поить овец или верблюдов — дорогое удовольствие. Пастбищному водоснабжению нужна дешевая вода, обеспечивающая рентабельность животноводства [24].
Пустынные пастбища по степени минерализации грунтовых вод характеризуется следующим образом: пресная и слабосоленая - до 6 г/л 7004, 0 тыс. га; соленая - 6-13 г/л 5790,3 тыс. га; горько-солёная - 13-16 г/л 3225,8 тыс. га; очень горько-соленая - 16 г/л 16198,6 тыс. га; не обследованная площадь 14713, тыс. га.
Следует учитывать также, что для питьевого водоснабжения людей нужна вода очень высокого качества и низкого солесодержания (0,5— 1,0 г/л). Для водопоя животных на пастбищах может быть использована вода худшего качества с общим солесодержанием до 5—7 г/л. Качество воды, предназначенной для водопоя овец, по степени минерализации оценивается следующим образом: хорошая - 3 г/л; удовлетворительная - 5 г/л; допустимая - 7 г/л; допустимая при особой необходимости в весенне-летний сезон - 10 г/л; при экстремальных условиях в осенне-зимний период 15 г/л. [2-4, 11-17].
К этому надо добавить, что при опреснении соленых вод методом дистилляции получается практически полностью обессоленная вода, которую затем нужно доводить до требуемой кондиции смешением с исходной или добавлением солей. Между тем в настоящее время разработаны такие методы опреснения воды, как электродиализ, осмос, в процессе ко-торых степень обессоливания регулируется и исключается потребность в кондиционировании.
Представляет определенный интерес также опреснение минерализованной воды с помощью естественного вымораживания. Опытные исследования установили эффективность этого метода. Однако он применим только в более северных районах пустынной зоны, например в Казахстане, где отрицательные температуры воздуха и льдообразование наблюдаются на протяжении длительного времени года. К сожалению, эти исследования для пустынь Средней Азии не доведены до такой стадии, чтобы внедрить их в производство.
В последние годы созданы некоторые конструкции опреснителей, работающих на энергии солнца и ветра. Это весьма перспективное в условиях пустынь направление работ.
Для решения задач, выдвигаемых партией и правительством в области улучшения водообеспеченности пустынь, нужны настойчивые исследования опытно-производственного характера, требующие значительных капитальных вложений. Особенно важны дальнейшие экспериментальные работы по совершенствованию известных и поиску новых высокоэффективных методов рационального использования атмосферных осадков, пресных подземных вод и опреснения изобильных в пустыне минерализованных грунтовых, дренажных и морских вод [3, 4, 11-19,].
В решении проблемы водоснабжения и обводнения пустынных территорий СНГ особое место занимает предполагаемая переброска части стока сибирских рек в засушливые районы страны. Идея, ранее казавшаяся фантастической, становится вполне реальной, ибо советский опыт гидротехнического строительства позволяет перебрасывать любое количество воды в самые отдаленные уголки страны мира. Предполагается на первом этапе
перебросить около 25 км3 воды, а в перспективе довести до 75—80 км3 в год, что превышает суммарный среднегодовой сток реки Амударьи. Приход большой воды внесет существенные изменения в природную среду современной пустыни и вызовет многообразные перемены, которые необходимо заранее предвидеть, знать. В этой связи очень важно изучить опыт строительства и эксплуатации Каракумского канала, который окажет неоценимую помощь при переброске части стока сибирских рек.
Значение ГИС технологии в освоении пустынной экосистемы Каракумы с использованием возобновляемых источников энергии
Особенности возобновляемых источников энергии. Возобновляемая энергетика характеризуется многогранностью, разнообразием характеризующих её критериев и составляющих. В перечне задач, возникающих при осуществление проектов возобновляемой энергетики (ВЭ) (помимо технологических и технических), особо выделяются проблемы оценки возможности и энергоэффективности использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) для энергообеспечения регионов [8-12,18-22].
Очевидно, что при этом с одной стороны необходимы обширные массивы информации, охватывающей как природные ресурсы территории, так и экономические, экологические характеристики региона (инфраструктура энергетики, энергетические балансы, линии электропередач, наличие отраслей промышленности; характеристики сельскохозяйственного производства, пастбищных животноводческих хозяйств и прочие другие.). С другой стороны, необходимо привлечь такие инструменты анализа, которые позволяли бы собирать, оперативно модернизировать и преобразовывать эти массивы данных, отображать их путем всестороннего анализа и получать на их основе обоснованные оценки и делать технологические расчеты.
Одновременно следует учитывать, что зачастую пользователя интересуют комплексные оценки по различным видам источников энергии. В конкретных регионах наиболее эффективным может стать либо использование гибридных энергоустановок, либо создание нескольких установок (станций) на различных типах энергии. В связи с комплексностью указанной проблемы, а также известной «региональностью» возобновляемой энергетики, становится возможным и актуальным использование инструментария геоинформационных технологий.
В настоящий момент за рубежом имеется достаточно успешный опыт использования ГИС-технологий в области возобновляемой энергетики. Энергетические компании широко используют геоинформационные системы для разработки проектов. В частности, недавно осуществленный выбор подходящего участка для размещения комплекса ВЭС на континентальном шельфе Нидерландов был проведен с использованием локальной ГИС. Она позволила интегрировать и в комплексе проанализировать многие лимитирующие факторы проекта, такие как пути и интенсивность судоходства, территории разработки нефтяных месторождений и пути прокладки нефтепроводов, маршруты миграции птиц, ограничения со стороны военных ведомств и т.д. При оценках учитывалось влияние каждого из этих факторов, что обеспечило детальный анализ пригодности и экологической чувствительности того или иного участка в процессе выбора мест для строительства энергетических объектов [5-12, 2325].
Рассмотренные в ходе исследования зарубежных авторов по геоинформационным ресурсам по ВЭ можно подразделить по охвату территории на: локальные; региональные; национальные; глобальные.
По направленности ГИС можно выделить однокомпонентные ГИС (рассматривается только один из ВИЭ: солнце, или ветер, или биомасса и т.п.) и многокомпонентные (включающие в себя несколько ВИЭ).
Одним из направлений дальнейшего развития Туркменистана нацеленным Президента Туркменистана является комплексное решение экономических, экологических и социальных задач электроводоснабжения в освоении пустыни Каракумы с использованием ГИС технологий.
В пустыне Каракумы остро ощущается нехватка пресной питьевой воды. При наличии воды Центральные Каракумы могли бы с успехом использоваться круглогодично как пастбища для 2000 овец и верблюдов, а также для выращивания как бахчевых, так и других сельскохозяйственных культур.
Сейчас пустынные пастбища Каракумов со средней кормовой продуктивностью около 1,0 - 1,3 ц/га, пригодны, главным образом для отгонного животноводства. Пункты по откорму скота расположены во всех велаятах (областях). Условия жизни людей и содержания скота на этих пунктах отличаются друг от друга несущественно, главным образом, это зависит от близости источника воды и ее качества, а также климатических особенностей данного ве-лаята (областях).
Согласно многолетним наблюдениям Гидрометеорологической службы СССР и Туркменистана на территории Туркменистана продолжительность солнечного сияния в среднем за год составляет 3000-3500 часов, при этом плотность прямой радиации в среднем колеблется в пределах (800-900 Вт/м2).
Водные ресурсы Каракумов за счет местного поверхностного стока ориентировочно составляют - 241 млн. м3, в том числе: с такыров 225 млн. м3; с такыровидных водосбора -15,7 млн. м3. В ряде мест имеются скопления пресных подземных вод, которые называют «линзовые». Обнаружено 8 крупных линз с минерализацией воды 0,5 - 3.0 г/л. Их суммарные статические запасы около 80 км3. На территории Туркменистана имеется более 5000 колодцев, с залеганием воды на глубинах от 5-250 м [3, 4, 15-17].
Все поселки в Каракумах, где находятся колодцы, расположены вдали от линий электропередач. В планах развития государства электрификация таких поселков пока не предусматривается. Это экономически не выгодно, так как стоимость 1 км ЛЭП равна $US 18 000 - 25 000.
Колодцы, в основном, находятся в Центральных Каракумах, где остро ощущается нехватка пресной, питьевой воды. В настоящее время для подъема воды из колодцев используются двигатели внутреннего сгорания, например, подъем воды из колодцев глубиной 30 м и более осуществляется с помощью дизельных генераторов, ежегодный расход дизельного топлива (солярки) для работы одного такого генератора составляет 14,6 т, при этом в атмосферу выбрасывается 46,72 т СО2 - экв. Доставка топлива в поселки происходит с задержкой и большими расходами [8-12, 22].
Использование автономных энергетических установок на базе солнечных фотопреобразователей позволит поднимать воду из колодцев глубиной 30 - 250 м и более. Эту воду можно и опреснять с помощью электродиализных, опреснительных установок.
Поскольку фотоэлектрические солнечные станции (ФЭС) работают не круглосуточно, в качестве дублирующих элементов необходимо предусмотреть аккумуляторные батареи, которые в дневное время будут подзаряжаться от фотоэлементов. Следует отметить, что ФЭС не загрязняют окружающую среду, они имеют довольно большой срок службы (не менее 1520 лет) и высокую надежность, практически отсутствуют эксплуатационные расходы и, что важно, не требуется высококвалифицированного персонала и ремонтной базы при их обслуживании. Основным видом обслуживания является сезонная азимутальная корректировка фотоэлементов для более эффективной их работы и периодическая их протирка от пыли.
Цели и задачи туркменских ученных заключается в обеспечение электроэнергией и водой отдаленные чабанские стойбища за счет солнечной, ветровой энергии в пустыне Каракумы для развития пастбищного животноводства и подержания экономического, экологического и социального развития региона. Вторичная цель - предоставлении наглядных доказательств технической возможности и финансовой рентабельности использования солнечной, ветровой энергии для энерговодоснабжения отдаленных населенных пунктов в пустыне Каракумы. Дополнительная цель - создание мобильной фотоветроэлектрической станции (ФВЭС) для водоподъема из колодцев и обеспечение электроэнергией на чабанских стойбищах в Каракумах для улучшения условий жизни местного населения, содействие развитию пастбищного животноводства и освоению пустынных земель.
Потенциал ВИЭ в пустыне Каракумы. Энергетический потенциал ВИЭ на территории Туркменистана, выраженный в тоннах условного топлива (т у.т.), составляет по видам источников: на данный момент технический потенциал низкопотенциальной энергии Солнца 4-1015 кДж, или примерный эквивалент 1,4-109 т у.т. в год; потенциал энергии ветра -640-109 кВт-ч в год; анализ по изученности геотермальных вод в Туркменистане показывает, что суммарная теплоэнергетическая производительность составляет: 17,5 млн. Гкал/год или 2,5 млн. т у.т./год; с дебитом 1,3 млн. м3/сут.; энергия биомассы; энергия малых рек -требуется проведение исследований для получения новейших данных [8-12,18-22].
Эти источники энергии по объему могут создать благоприятные перспективы решения энергетических, социальных и экологических проблем в будущем развития территорий Ка-ракум.
Валового потенциала солнечной энергии. После проведения расчетов валового потенциала использовалась существующая методика. Валовый потенциал рассчитывался как сумма валовых потенциалов зоны за 10 часов в сутки и равен 1844,6 кВт ч/ м2 год [22].
Технического потенциала солнечной энергии. Технический потенциал региона представляет сумму технических потенциалов, составляющих его зон. Для каждой зоны используются следующие данные: технический потенциал тепловой энергии и фотоэлектрических батарей от солнечного излучения; площадь, которая по хозяйственным и экологическим соображениям представляется целесообразной для использования солнечной энергии; среднемесячная температура окружающей среды в дневное время (время работы установок). Расчет технического потенциала тепловой энергии, электроэнергии производиться по соответствующим формулами и соответственно равна на 1 метр квадратный: 1256,44 кВт ч/ м2 год; 242,43 кВт ч/ м2 год [6-10].
Экономического потенциала солнечной энергии. Экономический потенциал солнечной энергии представляет сумму экономических потенциалов составляющих его зон. Для каждой зоны используется следующие данные: • экономический потенциал тепловой энергии от солнечного излучения;
• экономический потенциал электроэнергии от солнечного излучения:
• срок окупаемости солнечной энергетической установки;
• срок службы солнечной энергетической установки;
• экономический эффект использования солнечных энергетических установок;
• экономический эффект использования солнечных тепловых коллекторов;
• экономический эффект использования солнечных фотоэлектрических установок;
• среднегодовая температура окружающей среды в дневное время (время работы солнечных установок);
• среднемесячная температура окружающей среды в течение /-го месяца, в дневное время (время работы солнечных установок);
• удельная стоимость солнечной установки;
• региональный экологический фактор источника солнечной энергии; региональный экологический фактор традиционного источника энергии;
• удельная стоимость производства энергии от традиционного источника; региональный фактор стоимости энергии от традиционного источника; годовой дефицит энергии в регионе или годовая дополнительная потребность промышленного производства в энергии;
• удельная цена потерь от недостатка энергии или удельная стоимость ценностей, производимых промышленностью;
• суточная норма потребления горячей воды на одного человека в быту;
• норма средней электрической мощности на одного человека, необходимая для удовлетворения основных бытовых потребностей [3-10].
Рис. 4. Среднее удельные энергетические параметры солнечной тепловой Ут, фотоэлектрической Уф установки в Туркменистане в течение года.
Определение экономического потенциала проводится при условии, что солнечные тепловые коллекторы стационарно ориентированы под углом наклона к горизонту. Расчет экономического потенциала тепловой энергии проводится по соответствующим формулам приведены в работах [15-22] результаты приведены на рис. 4.
Экономического потенциала тепловой энергии от солнечного излучения подразумевается энергию, которая может быть выработана в год соответствующими солнечными энергетическими установками при условии, что их экономический эффект положителен и равна 588,56 кВт-ч/год. при к.п.д. 0,5.
Экономического потенциала электроэнергии от солнечного излучения равен 242,43 кВгч/(м2тод).
Экономический потенциал солнечной энергии получается путем суммирования потенциалов тепловой и электрической энергии: равна 1256,44 кВгч/(м2'мес) умноженная на площадь солнечного теплоприемника приемника + 242,43 кВгч/(м^мес) умноженная на площадь солнечного фотопреобразователя.
Оптимального угла наклона солнечных модулей в на территорий Каракум.
Задача более точного определения оптимального угла наклона для условий Туркменистана с учетом реального поступления солнечной энергии включает определение полного потока солнечной энергии на наклонную поверхность в течение определенного периода времени (например, за месяц) при различных углах наклона посредством интегрирования по времени. Расчеты показывают наиболее эффективное значение в=60 о для января, февраля, ноября, декабря; ¡3=30° с апреля по сентябрь; в=45о - март, октябрь [14, 15-22].
Экологическая безопасность от внедрения солнечноэнергетической установки на биосферу пустыни. В определяющих экономическую эффективность, не учитывается влияние вводимых установок на окружающую природу, на социальные условия жизни и деятельности человека, что в целом определяется как экологические условия
Экологический потенциал «солнечной! энергии представляет сумму экономических потенциалов тепловой энергии и электрической энергии, получаемых соответствующим преобразованием солнечного излуч ения пр иведены в виде гистограм мы на рис. 5.
15 10 5
о
□ 1256,44 кВтч/годТеп.
□ 242.44 кВтч/годФэс
□ 1256,44 кВтч/годТеп.
□ 242.44 кВтч/годФэс
1 ■ г—1_ Г~и г-1_ 1 1_
Эк.то п. (т) SO2 (кг) №х(к г) CO (кг) СН4(к г) С02(т ) Тв. Вещ
0,502 10,4 5,61 0,726 1,537 0,803 1,18
0,096 2,01 1,08 0,14 0,297 0,155 0,227
Рис.5. Экологический потенциал сокращения вредных веществ от преобразования солнечной энергии в тепловую, электрическую в течение года.
Одной из форм учета влияния вводимых источников энергии на экологию региона может быть введение в удельную стоимость получаемой энергии регионального экологического фактора источника, учитывающего относительные расходы на компенсацию вредных последствий ввода единицы энергии того или иного источника в регионе [8-15].
В результате расчетов сокращение выбросов различных вредных веществ в окружающую среду Каракумов при использовании солнечной фотоэлектрической станции составит: S при годовой выработке с 1 кв. м 242,43 кВт ч/год, экономия расхода топлива 96,98 кг у.т./год, сокращение выбросов: диоксид серы SO2 - 2,01; оксид азота NOx -1,08; оксид углерода C0-0,1401; метан CH4 -0,296; двуокись углерода CO2 -155,08; твердых веществ - 0,211175 кг/год; S от преобразовании тепловой энергии - 1256,44 кВт ч/год, экономия расхода топлива 502,60 кг у.т./год, сокращение выбросов SO2 - 10,44; NOx - 5,624; CO-0,726; CH4 -1,53; CO2 -803,68; твердых веществ - 1,094 кг/год [9-13].
Продолжение в следующей 4 части статьи.
Литература:
1. Бердымухамедов Г.М. Государственное регулирование социально-экономического развития Туркменистана. А.: Туркменская государственная издательская служба, 2010. Том 1.
2. Бабаев А.Г. Проблемы освоения пустынь. Изд-во «Ылым», 1995. 340 с.
3. Байрамов Р., Сейткурбанов С. Опреснение с помощью солнечной энергии. Под ред. В.А. Баума. Ашхабад, «Ылым», 1977. 148 с.
4. Колодин М.В. Опреснение и проблема воды на Земле. М., «Знание», 1975.
5. Берлянт А.М. Картография: Учебник для вузов. М.: Аспект Пресс, 2001. 336 с.
6. Дьяченко Н.В. Использование ГИС-технологий. URL: http://homepage.buryatia.ru/rmeic/gis.htm
7. Дьяченко Н.В. Использование ГИС-технологий. URL: http://homepage.buryatia.ru/rmeic/gis.htm
8. Нефедова Л.В. Структура базы данных по малой гидроэнергетике в рамках разработки ГИС «Возобновляемые источники энергии России» // Труды 6-й международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве». М.: ГНУ ВИЭСХ, 2008. Часть 4. С. 314-322.
9. Новаковский Б. А., Прасолова А. И., Киселева С. В., Рафикова Ю. Ю. Геоинформационные системы по возобновляемой энергетике // Международная Конференция Интер-Карто-ИнтерГИС-17. Устойчивое развитие территорий: теория ГИС и практический опыт, Барнаул - Денпасар, 14-19 декабря 2011г. Барнаул, 2011 С. 10-14.
10. Кобзаренко Д.Н. Трехмерное геоинформационное моделирование в прогнозных задачах геотермальной энергетики // Материалы 6-й Всероссийской научной молодежной школы «Возобновляемые источники энергии», 25-27 ноября 2008. Москва. МГУ им.Ломоносова, 2008. С.139-145.
11. Пенджиев А.М. Геоинформационная технология использования возвратных вод туркменского озера «Алтын асыр» // Альтернативная энергетика и экология - ISJAEE. 2014. №13. С 129-150.
12. Пенджиев А.М. Основы геоинформационной системы в развитии возобновляемой энергетики в Туркменистане // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология». 2014. № 18. (в печати)
13. Пенжиев А.М. Изменение климата и возможности уменьшения антропогенных нагрузок: Монография. LAMBERT Academic Publishing, 2012.
14. Пенджиев А.М. Теоретические и методические расчеты потенциалов солнечно-энергетических ресурсов на Юго-Восточных Каракумах // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология». 2014. №8. С. 65 -87.
15. Пенджиев А.М. Экологические проблемы освоения пустынь: Монография. LAP LAMBERT Academic Publishing 2014. 226 с.
16. Пенджиев А.М. Экологические проблемы освоения пустынь: опустынивание, деградация почв и засухи, устойчивое управление земельными ресурсами и водообеспечение // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология». 2013. № 14 (136). С. 49-52.
17. Пенджиев А.М. Экологические проблемы освоения пустынь: засушливые земли мира, рост народонаселения, использование гелиоэнергетических комплексов // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология». 2013. №13 (135). С. 44-47.
18. Пенджиев А.М. Ожидаемая эколого-экономическая эффективность использования фотоэлектрической станции в пустынной зоне Туркменистана // Альтернативная энергетика и экология - ISJAEE. 2007. № 5. С 81-92.
19. Пенджиев А.М. Расчет потенциала солнечной энергии в областях Туркменистана // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2008. №12. 47 с.
20. Пенджиев А.М. Технико-экологическая оценка потенциала солнечно-энергетических установок в Центральных Каракумах // Гелиотехника. 2010. № 1.
21. Пенджиев А.М., Пенжиев А.А. Международное сотрудничество в области охраны окружающей среды и устойчивого развития на основе возобновляемой энергетики в Центральной Азии // Альтернативная энергетика и экология - ISJAEE. 2012. № 1. С 139-156.
22. Стребков Д.С., Пенджиев А.М.,Мамедсахатов Б.Д. Развитие солнечной энергетики в Туркменистане: Монография. М.: ГНУ ВИЭСХ, 2012.
23. Струков Д.Р. Проект системы медико-экологического мониторинга окружающей среды на базе ГИС. URL: www.gisa.ru
24. Использование солнечной энергии / Под ред. проф. Л.Е. Рыбаковой. Ашхабад: Ылым, 1985.
25. ГИС. URL: http: //www.gis.su
References:
1. Berdymuhamedov G.M. Gosudarstvennoe regulirovanie social'no-jekonomicheskogo razvitija Turkmenistana. A.: Turkmenskaja gosudarstvennaja izdatel'skaja sluzhba, 2010. Tom 1.
2. Babaev A.G. Problemy osvoenija pustyn'. Izd-vo «Ylym», 1995. 340 s.
3. Bajramov R., Sejtkurbanov S. Opresnenie s pomoshh'ju solnechnoj jenergii. Pod red. V.A. Bauma. Ashhabad, «Ylym», 1977. 148 s.
4. Kolodin M.V. Opresnenie i problema vody na Zemle. M., «Znanie», 1975.
5. Berljant A.M. Kartografija: Uchebnik dlja vuzov. M.: Aspekt Press, 2001. 336 s.
6. D'jachenko N.V. Ispol'zovanie GIS-tehnologij. URL: http://homepage.buryatia.ru/rmeic/gis.htm
7. D'jachenko N.V. Ispol'zovanie GIS-tehnologij. URL: http://homepage.buryatia.ru/rmeic/gis.htm
8. Nefedova L.V. Struktura bazy dannyh po maloj gidrojenergetike v ramkah razra-botki GIS «Vozobnovljaemye istochniki jenergii Rossii» // Trudy 6-j mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii «Jenergoobespechenie i jenergosberezhenie v sel'skom hozjajstve». M.: GNU VIJeSH, 2008. Chast' 4. S. 314-322.
9. Novakovskij B. A., Prasolova A. I., Kiseleva S. V., Rafikova Ju. Ju. Geoinforma-cionnye sistemy po vozobnovljaemoj jenergetike // Mezhdunarodnaja Konferencija Inter-Karto-InterGIS-17. Ustojchivoe razvitie territorij: teorija GIS i prakticheskij opyt, Barnaul - Denpasar, 14-19 dekabrja 2011g. Barnaul, 2011 S. 10-14.
10. Kobzarenko D.N. Trehmernoe geoinformacionnoe modelirovanie v prognoznyh zadachah geotermal'noj jenergetiki // Materialy 6-j Vserossijskoj nauchnoj molodezhnoj shkoly «Vozobnovljaemye istochniki jenergii», 25-27 nojabrja 2008. Moskva. MGU im.Lomonosova, 2008. S.139-145.
11. Pendzhiev A.M. Geoinformacionnaja tehnologija ispol'zovanija vozvratnyh vod turkmenskogo ozera «Altyn asyr» // Al'ternativnaja jenergetika i jekologija - ISJAEE. 2014. №13. S 129-150.
12. Pendzhiev A.M. Osnovy geoinformacionnoj sistemy v razvitii vozobnovljaemoj jenergetiki v Turkmenistane // Mezhdunarodnyj nauchnyj zhurnal «Al'ternativnaja jenergetika i jekologija». 2014. № 18. (v pechati)
13. Penzhiev A.M. Izmenenie klimata i vozmozhnosti umen'shenija antropogennyh nagruzok: Monografija. LAMBERT Academic Publishing, 2012.
14. Pendzhiev A.M. Teoreticheskie i metodicheskie raschety potencialov solnechno-jenergeticheskih resursov na Jugo-Vostochnyh Karakumah // Mezhdunarodnyj nauchnyj zhurnal «Al'ternativnaja jenergetika i jekologija». 2014. №8. S. 65 -87.
15. Pendzhiev A.M. Jekologicheskie problemy osvoenija pustyn': Monografija. LAP LAMBERT Academic Publishing 2014. 226 s.
16. Pendzhiev A.M. Jekologicheskie problemy osvoenija pustyn': opustynivanie, degradacija pochv i zasuhi, ustojchivoe upravlenie zemel'nymi resursami i vodoobespechenie // Mezhdunarodnyj nauchnyj zhurnal «Al'ternativnaja jenergetika i jekologija». 2013. № 14 (136). S. 49-52.
17. Pendzhiev A.M. Jekologicheskie problemy osvoenija pustyn': zasushlivye zemli mira, rost narodonaselenija, ispol'zovanie geliojenergeticheskih kompleksov // Mezhdunarodnyj nauchnyj zhurnal «Al'ternativnaja jenergetika i jekologija». 2013. №13 (135). S. 44-47.
18. Pendzhiev A.M. Ozhidaemaja jekologo-jekonomicheskaja jeffektivnost' ispol'zovanija fotojelektricheskoj stancii v pustynnoj zone Turkmenistana // Al'ternativnaja jenergetika i jekologija - ISJAEE. 2007. № 5. S 81-92.
19. Pendzhiev A.M. Raschet potenciala solnechnoj jenergii v oblastjah Turkmenistana // Mehanizacija i jelektrifikacija sel'skogo hozjajstva. 2008. №12. 47 s.
20. Pendzhiev A.M. Tehniko-jekologicheskaja ocenka potenciala solnechno-jenergeticheskih ustanovok v Central'nyh Karakumah // Geliotehnika. 2010. № 1.
21. Pendzhiev A.M., Penzhiev A.A. Mezhdunarodnoe sotrudnichestvo v oblasti ohrany okruzhajushhej sredy i ustojchivogo razvitija na osnove vozobnovljaemoj jenergetiki v Cen-tral'noj Azii // Al'ternativnaja jenergetika i jekologija - ISJAEE. 2012. № 1. S 139-156.
22. Strebkov D.S., Pendzhiev A.M.,Mamedsahatov B.D. Razvitie solnechnoj jenergetiki v Turkmenistane: Monografija. M.: GNU VIJeSH, 2012.
23. Strukov D.R. Proekt sistemy mediko-jekologicheskogo monitoringa okruzhajushhej sredy na baze GIS. URL: www.gisa.ru
24. Ispol'zovanie solnechnoj jenergii / Pod red. prof. L.E. Rybakovoj. Ashhabad: Ylym, 1985.
25. GIS. URL: http: //www.gis.su
— • — Сведения об авторе
Ахмет Мырадович Пенджиев, кандидат технических наук, доктор сельскохозяйственных наук, доцент, Туркменский государственный архитектурно-строительный институт; член-корреспондент, Международная академия наук экологий и безопасности (Ашхабад, Туркменистан)
— • —
