CC BY
42ЭНЕРГЕТИКА И ЭКОЛОГИЯ
ENERGY AND ECOLOGY
УДК 620.383; 621.472
ПЕРСПЕКТИВЫ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ И ЕЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ В ТУРКМЕНИСТАНЕ
А.М. Пенджиев
Туркменский политехнический институт Туркменистан, 744032, Ашхабад, м. Бекрова, Солнечный 4/1. Тел. + (0099312)37-09-50, e-mail: tams1@rambler.ru
Заключение Совета рецензентов: 01.09.09 Заключение Совета экспертов: 11.09.09 Принято к публикации: 21.09.09
В статье рассматриваются перспективы альтернативной энергетики и ее экологический потенциал в Туркменистане.
Ключевые слова: солнечная энергия, энергия ветра, энергия биомассы, возобновляемые источники энергии.
PROSPECTS OF ALTERNATIVE ENERGY AND ITS ECOLOGICAL POTENTIAL IN TURKMENISTAN
A.M. Penjiyev
Turkmen polytechnic institute 4/1 Solnechniy str., Ashkhabad, 744032, Turkmenistan Tel. + (0099312)37-09-50, e-mail: tams1@rambler.ru
Referred: 01.09.09 Expertise: 11.09.09 Accepted: 21.09.09 The prospects of alternative power and its ecological potential in Turkmenistan are considered.
Нейтральный Туркменистан, страна-производитель энергоносителей, располагает огромным природным потенциалом и исключительными перспективами расширения базы добычи и переработки углеводородного сырья. Перспективными на газ и нефть считаются 80% территорий, прогнозные ресурсы страны оцениваются в 28,5 трлн куб. м газа, 23 млрд т нефти. Природный газ, нефтепродукты, электрическая энергия - основные статьи промышленного экспорта. Имеются большие запасы горнохимического сырья - серы, сульфата натрия, магния, йода, брома, поваренной соли и др.
В стране создан достаточно диверсифицированный производственный потенциал. Промышленность представлена предприятиями электроэнергетики, нефтегазодобывающей, нефтеперерабатывающей, химической и нефтехимической отраслей, машиностроения и металлообработки, строительных материалов, легкой и пищевой индустрии.
Основное значение имеет аграрный сектор экономики, здесь формируется значительная часть
Статья поступила в редакцию 05.06. 2007. Ред. рег. № 085
внутреннего валового продукта. Площадь сельскохозяйственных угодий составляет 40 млн га. Земельный фонд, пригодный для орошаемого земледелия, достигает 17 млн га, 2 млн из них занято под посевами сельскохозяйственных культур.
Туркменистан, признавая озабоченность мирового сообщества проблемами окружающей среды, подтверждает свою приверженность механизму чистого развития и экологически безопасной деятельности человека. Нейтральный Туркменистан ратифицировал Киотский протокол (12.10.97), Рамочную Конвенцию об изменении климата (05.06.95), Конвенцию по биоразнообразию (29.01.98), Конвенцию по борьбе с опустыниванием (26.12.96).
В Национальном плане действий по охране окружающей среды (НПДООС) определены направления и задачи природоохранной политики. Главное направление дальнейшего развития Туркменистана базируется на комплексном решении экономических и социальных программ в сочетании с бережным отношением к природе.
The article has entered in publishing office 05.06.2007. Ed. reg. No 085
131
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 9 (77) 2009 © Научно-технический центр «TATA», 2009
Рассмотрены вопросы состояния, развития и приоритеты использования альтернативных источников энергии (солнечной энергии, энергии ветра и биомассы) в мире и в Туркменистане.
Традиционная энергетика, основанная на органическом топливе, наносит значительный ущерб окружающей среде. При получении энергии за счет сжигания топлива ежегодно в атмосферу Земли выбрасывается 150 млн т золы, 100 - диоксида серы, 60 -оксидов азота, 300 млн т окислов углерода, углекислого газа и многих других веществ, которые поглощают длинноволновое излучение, идущее от поверхности Земли. Нахождение в атмосфере этих примесей можется длиться до 120 лет (двуокись серы -3 дня, углекислый газ - 5 лет, фреон - 50-70 лет, закись азота - 120 лет), а долгосрочное нахождение их может привести к нежелательным глобальным изменениям климата [1-4].
Атомная энергетика встречает активное неприятие населения в связи с возможностью тяжелых аварий с радиационными загрязнениями больших территорий.
В развитых странах энергопотребление в последнее время либо уменьшалось, либо его рост существенно замедлялся. В связи с этим планирование строительства новых крупных электростанций связано с большой неопределенностью, а следовательно, с риском. Энергетические компании предпочитают наращивать мощности путем строительства сравнительно небольших энергетических блоков, что характерно для возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Некоторые промышленно развитые страны
(например Япония) практически не имеют собственных ресурсов органического топлива и базируют свою энергетику на импортных поставках. Это снижает энергетические результаты.
Для развивающихся стран характерен дефицит больших капиталовложений. В то же время установки с ВИЭ, как правило, имеют модульный характер и позволяют вводить в строй сравнительно малые мощности, наращивая их по мере необходимости.
В развивающихся странах большая доля населения живет в сельской местности, далеко друг от друга. В этих условиях создание энергетических систем по типу, сложившемуся в промышленно развитых странах, когда электроэнергия вырабатывается на крупных электростанциях и доставляется в районы с высокой плотностью населения по линиям электропередач, оказывается нерентабельным. Создание автономных энергоустановок малой мощности, базирующихся на ВИЭ, снабжающих местных потребителей, имеет очевидные преимущества [1].
Это последнее обстоятельство характерно и для некоторых отдаленных районов пустынной зоны Туркменистана, где проживают животноводы, работники нефтяных и газовых месторождений, железнодорожники и др.
Большинство промышленно развитых стран сегодня имеют государственные программы и создают установки, организуют их сервисное обслуживание [5].
Наибольший интерес сегодня имеют установки, использующие солнечную энергию, энергию ветра, биомассы, геотермальную, энергию волн. О них и пойдет речь в данной статье (таблица)
Прогноз развития альтернативной энергетики в мире The forecast of development of alternative power in the world
Возобновляемые источники энергии В 2020 г. «минимум» В 2020 г. «максимум»
M тоэ % M тоэ %
Биомасса 243 45 561 42
Солнечная 109 20 355 26
Ветровая 85 16 215 16
Геотермальная 40 7 91 7
Мини-ГЭС 48 9 69 5
Приливы и волны 14 3 54 4
Суммарная 539 100 1345 100
Солнечная энергия. Использование солнечной энергии сегодня сводится в основном к производству низкопотенциального солнечного тепла с помощью простейших плоских солнечных коллекторов. Например, в США в 1990 г. из 3,6 млн ГДж энергии, произведенной за счет солнечной радиации, 3,5 млн ГДж представляет собой низкопотенциальное
тепло, использованное для горячего водоснабжения, подогрева воды в плавательных бассейнах и, в меньшей степени, для отопления. В Израиле установлено около 800 тысяч солнечных коллекторов, которые производят около 15 млн ГДж энергии [5] и обеспечивают 70% населения горячей водой.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 9 (77) 2009
© Scientific Technical Centre «TATA», 2009
Коэффициент полезного действия солнечного коллектора определяется его оптическими характеристиками, качеством тепловой изоляции, инсоляцией и температурами теплоносителя и окружающего воздуха. В большинстве существующих установок средний годовой эксплуатационный КДП коллектора оказывается на уровне 40-50%. Это означает, что для широт около 30° с 1 м коллектора можно получить в год 3-5 ГДж тепла с температурой 60-70° С. Стоимость этого тепла при таких показателях и сроке службы установки в 30 лет оказывается на уровне 3-4 долл./ГДж, что делает эти установки привлекательными для потребления. Для более высоких широт солнечные водонагреватели оказываются более предпочтительными как сезонные [1-2, 6-8].
Наряду с коллекторами для использования солнечного тепла для отопления домов применяются пассивные методы, основанные на оптимизации архитектурно-планировочных решений. Кроме того, представляют интерес разработки так называемой изоляции для стен домов, селективных пленок для окон и др.
Электроэнергию за счет использования солнечной энергии можно получить либо в теплосиловых установках, в которых тепло от сгорания топлива заменяется потоком концентрированного солнечного излучения, либо в установках прямого преобразования энергии, основанных на применении полупроводниковых фотоэлектропреобразователей (ФЭП).
В конце 70-х - начале 80-х годов в разных странах мира было построено семь плотных солнечных электростанций (СЭС) так называемого башенного типа с уровнем мощности от 0,5 до 10 МВт. Самая крупная СЭС мощностью 10 Мвт (Solar One) была построена в Калифорнии.
Башенная СЭС PHOEBUS [5] реализуется немецким консорциумом. Проект предполагает создание демонстрационной гибридной (солнечно-топливной) СЭС мощностью 30 МВт с объемным ресивером, в котором будет подогреваться атмосферный воздух, направляемый затем в паровой котел, где производится водяной пар, работающий в цикле Ренклина. На тракте воздуха от ресивера к котлу предусматривается горелка для сжигания природного газа, количество которого регулируется так, чтобы в течение всего светового дня поддерживать заданную мощность [1, 3-5, 8-15].
Интересный проект был разработан в Австралии. Как известно, Олимпийские игры 2000 г. были проведены в Австралии вблизи Сиднея. Местный Олимпийский комитет решил сделать эти игры «зелеными», для чего, в частности, в Олимпийском комплексе соорудили солнечную ТЭЦ с термодинамическим циклом преобразования.
В последнее время в мире повысился интерес к установкам, непосредственно преобразующим солнечную радиацию в электроэнергию с помощью ФЭП. Стоимость электроэнергии, вырабатываемой
фотоэлектрическими установками (ФЭУ), сегодня в несколько раз выше СЭС с тепловым циклом. Тем не менее, ФЭУ активно внедряются как в развитых, так и в развивающихся странах. При этом можно проследить две противоположные тенденции.
В развивающихся странах речь идет о применении сравнительно мелких установок для электроснабжения индивидуальных домов в отдаленных деревнях, для оснащения культурных центров, где благодаря ФЭУ можно пользоваться телевизорами, и др. В этих случаях использования на первый план выступает не стоимость электроэнергии, а социальный эффект.
В промышленно развитых странах ФЭУ рассматриваются как экологически чистый источник, способный уменьшить вредное воздействие на окружающую среду. Применение ФЭУ в частных домах повышает энергетическую автономию и защищает владельца при возможных перебоях в централизованном электроснабжении. Следует отметить, что правительства некоторых стран (например в Германии) поощряют использование ВИЭ частными владельцами, доплачивая энергокомпаниям, если они покупают у них излишки электроэнергии по более высокой цене. В-третьих, немаловажное значение имеет динамика измерения показателей ФЭУ за последние два десятилетия, на основании которой на ближайшее время прогнозируется достижение конкурентоспособности ФЭУ для различных целей. В этом отношении представляет интерес опыт Японии, где в настоящее время в префектуре Окинава сооружается ФЭУ мощностью 750 кВт. В США 90 энергетических компаний создали Фотоэлектрическую группу, которая в течение ближайших 5 лет планирует ввести в эксплуатацию ФЭУ общей мощностью 47 МВт [7, 8].
Энергия ветра. Ветроэнергетические установки (ВЭУ) достигли сегодня уровня коммерческой зрелости и в местах с благоприятными скоростями ветра могут выполнять механическую работу. В подавляющем большинстве случаев используются лопастные машины с горизонтальным валом, устанавливаемым по направлению ветра. Несколько реже применяются устройства с вертикальным валом. Установка ВЭУ оказывается целесообразной только в том случае, если скорость ветра достаточно велика. Наибольшее распространение из установок, подсоединяемых к сети, сегодня составляют ветряки мощностью от 100 до 500 кВт. Удельная стоимость ВЭУ мощностью 500 кВт составляет около 1200 долл./кВт и имеет тенденцию к снижению [2, 7, 12, 16].
Наряду с этим создаются ВЭУ существенно большей единичной мощностью. В 1978 г. в США была построена первая экспериментальная ВЭУ мегаваттного класса с расчетной мощностью 2 МВт. В 1979-1982 гг. в США были сооружены и испытаны 5 ВЭУ с единичной мощностью 2,5 МВт. Самая большая к тому времени ВЭУ мощностью 3 МВт
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 9 (77) 2009 © Научно-технический центр «TATA», 2009
была сооружена в Германии в 1984 г., но, к сожалению, она проработала лишь несколько сотен часов. Построенные несколько позже в Швеции ВЭУ WTS и WTS-4 мощностью, соответственно, 3 и 4 МВт были установлены в Швеции, США и проработали первая 20 лет, а вторая 10 тыс. часов.
В Канаде ведутся работы по созданию крупных ветровых установок с вертикальным валом (ротором Дарье). Одна такая установка мощностью 4 МВт проходит испытания с 1987 г. Всего за 19871993 гг. в мире было построено около 25 ВЭУ мега-ваттного класса.
Расчетная скорость ветра для больших ВЭУ обычно принимается на уровне 11-15 м/с. Вообще, как правило, чем больше мощность агрегата, тем на большую скорость ветра он рассчитывается. Однако в связи с непостоянством скорости ветра большую часть времени ВЭУ вырабатывает меньшую мощность. Считается, что если среднегодовая скорость ветра в данном месте составляет не менее 5-7 м/с, а эквивалентное число часов в году, при котором вырабатывается номинальная мощность, не менее 2000, то такая местность благоприятна для установки крупной ВЭУ и даже ветровой фермы.
Автономные установки киловаттного класса, предназначенные для энергоснабжения сравнительно мелких потребителей, могут применяться в районах с меньшими среднегодовыми скоростями ветра.
В некоторых промышленно развитых странах установленная мощность ВЭУ достигает заметных значений. Так, в США установлено более 1,5 млн кВт ВЭУ, в Дании ВЭУ производят около 3% потребляемой страной энергии, велика установленная мощность ВЭУ в Швеции, Нидерландах, Великобритании и Германии. В настоящее время недалеко от Лейпцига создается ветровая ферма из 10 ВЭУ; первые 5 агрегатов мощностью 600 кВт каждый введены в строй с 1995 г. На ближайшие годы программы этих стран предусматривают дальнейшее значительное увеличение парка ВЭУ.
По мере совершенствования оборудования ВЭУ и увеличения объема их выпуска стоимость производимой ими энергии снижается. Если в 1981 г. стоимость электроэнергии, производимой ВЭУ, составляла примерно 30 американских центов за кВт-ч, то в настоящее время она составляет 6-8 центов. С учетом того, что только в 1995 г. в США велись работы по четырем большим ветровым фермам с общей мощностью около 200 МВт, станет ясно, что планируемое Департаментом энергетики США снижение стоимости ветровой электроэнергии до 2,5 цента/кВт-ч вполне реально.
В развивающихся странах интерес к ВЭУ связан, в основном, с автономными установками малой мощности, которые могут использоваться в деревнях, удаленных от систем централизованного электроснабжения. Такие установки уже конкурентоспособны с дизелями, работающими на привозном топливе. Однако в некоторых случаях непостоянст-
во скорости ветра заставляет либо устанавливать параллельно с ВЭУ аккумуляторную батарею, либо дублировать ее установкой на органическом топливе, что повышает стоимость установки и ее эксплуатации.
Энергия биомассы. Биомасса представляет собой древнейший источник энергии, однако ее использование до недавнего времени сводилось к прямому сжиганию в печах и топках, но с весьма низким КПД. В последнее время внимание к эффективному энергетическому использованию биомассы существенно повысилось, причем в пользу этого появились новые аргументы:
- использование растительной биомассы при условии ее непрерывного восстановления (например, новые лесные посадки после вырубки леса) не приводит к увеличению концентрации CO2 в атмосфере;
- в промышленно развитых странах в последние годы появились излишки обрабатываемой земли, которую целесообразно использовать под лесные плантации;
- использование отходов (сельскохозяйственных, промышленных и бытовых) для энергетических целей решает также экологические проблемы;
- вновь созданные технологии позволяют использовать биомассу значительно более эффективно.
Потенциал биомассы, пригодный для энергетических целей, в большинстве стран достаточно велик, и его эффективному использованию уделяется значительное внимание.
В США в 1990 г. благодаря использованию биомассы было произведено 31 млрд кВт-ч электроэнергии, кроме того, за счет твердых бытовых отходов (ТБО) еще 10 млрд кВт-ч. На 2010 г. планируется выработать, соответственно, 59 и 54 млрд кВт-ч.
Проблема эффективного использования биомассы актуальна для развивающихся стран, прежде всего для тех, у которых биомасса является единственным доступным источником энергии. Здесь, в основном, речь идет о рациональном использовании древесины и различных сельскохозяйственных и бытовых отходов. Известно, что сегодня население некоторых стран, прежде всего Африки, вырубает лес на дрова для приготовления пищи, и этот процесс представляет собой угрозу как для местного, так и глобального климата. Используемые сегодня дровяные очаги для приготовления пищи имеют КПД 14-15%. Применяя более совершенные устройства, этот КПД легко повысить до 35-50%, то есть сократить потребность в исходном топливе более чем в 3 раза [1, 3, 8, 9, 13-15, 17].
Потенциал альтернативных источников энергии в Туркменистане чрезвычайно велик. Валовой теоретический энергетический потенциал солнечной энергии в южных районах СНГ оценивается в 651-109 тонн условного топлива (т у.т.) в год, а в Туркменистане - эквивалент 1,4-109 т у.т. в год. Он неодинаков в различных регионах страны. За по-
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 9 (77) 2009
© Scientific Technical Centre «TATA», 2009
следние 20 лет в стране разработаны и созданы опытно-промышлен-ные установки, но доля их в энергетическом балансе страны очень скромна.
Это объясняется прежде всего тем, что энергетическая стратегия Туркменистана в прошлом исходила из приоритетности создания крупных объектов, использовавших органическое топливо (газ, нефтепродукты). В Туркменистане в 2004 г. на долю топливно-энергетического комплекса приходится около 60% производимой промышленностью продукции.
Солнечная энергия в Туркменистане - неисчерпаемый возобновляемый источник экологически чистой энергии, продолжительность светового дня в стране в июне достигает 16 ч, в декабре - 8-10 ч. Здесь в году 300 солнечных дней, продолжительность солнечного сияния 2500-3100 ч в году, а летом 320-400 ч в месяц.
Возможность применения солнечной энергии -это преобразование ее в тепловую, механическую и электрическую, использование в химических и биологических процессах. Солнечные установки находят применение в системах отопления и охлаждения жилых и общественных зданий, технологических процессах, протекающих при низких, средних и высоких температурах. Они могут широко использоваться для получения горячей воды, опреснения воды, сушки различных материалов и сельхозпродуктов, выращивания в теплицах сельскохозяйственных культур, получения биогаза и т.п.
На базе НПО «ГУН» и Туркменского отделения НПО «Квант» проведен ряд научно-исследовательских работ по использованию солнечной энергии и внедрению их результатов в народное хозяйство.
Следует отметить, что существуют различные конструкции гелиотеплиц с грунтовым аккумулятором; с автономным энергообеспечением; гелио-теплицы с замкнутым влагооборотом; с биоаккумулятором тепла; блочные (пленочные, стеклянные), ангарные, малогабаритные, подземные и т. д. [1-3, 5-8, 11-15, 17].
Строительство обычных теплиц требует больших капитальных вложений и значительных эксплуатационных расходов. Эти расходы довольно высоки и составляют около 50-60% от общих затрат. Применение же солнечной энергии значительно снижает себестоимость получаемой продукции.
Гелиосушилки предназначены для переработки сельскохозяйственной продукции - сушки овощей, бахчевых, фруктов, коконов шелкопряда, трав, лесоматериалов и др. Использование солнечной энергии для переработки различных видов продукции позволяет ускорить технологический процесс обработки материалов и сельскохозяйственной продукции, вводить новые технологии, улучшающие качество продукции, повышает культуру труда. Например, основные показатели ге-лиосушильной установки для сушки дыни в объеме 80 м3: удельная производительность по сухой продукции 0,8-1,0 кг/м2 сушеной дыни за сутки,
ориентировочная стоимость - 7000$ США, срок окупаемости 2-4 года; для получения кишмиша, соответственно: 4200 м3; 0,3 кг/м2; 3000$, 3-4 года. Использование гелиосушилок для переработки сельскохозяйственной продукции позволит сэкономить за 20 лет 540 млн т у.т., уменьшит выбросы СО2 на 1310,7 Тг.
Гелиоводонагреватели применяются для теп-ловодообеспечения сельских домов, животноводческих ферм, душевых установок и т. д. Например, для обеспечения горячего водоснабжения в среднем на одного сельского жителя требуется 0,55 МВт в год. С помощью солнечного коллектора можно получить 85 л горячей воды с температурой 60-65° С за летний световой день при плотности солнечной радиации 1100 Вт/м2. В этих случаях можно обеспечить 80% годовой тепловой нагрузки, 20% - за счет теплового дублера. Использование солнечной энергии для нагрева воды позволит сэкономить за год с 1 м2 водонагревательной установки 0,15 т у.т. и уменьшить выбросы СО2 на 0,364 Мг.
Гелиоопреснители воды могут быть применены для опреснения минерализованной воды колодцев пустынных территорий, а также морской воды для обеспечения пресной водой водопойных пунктов, для выращивания различных культур. Например: годовая производительность действующей установки при средней глубине заполнения 0,16 м с предельной концентрацией соли 0,158 кг/л составляет 1,2 м3/м2 год, или скорость выпадения осадков составляет 0,5 см в день.
На Туркменбашинской ТЭЦ расход теплоты на опреснение 1 м3 морской воды составляет 2512 МДж (0,60 Гкал), или сокращение выбросов СО2 на 0,146 Мг.
Гелиоустановка для получения биогаза предназначена для переработки органических отходов сельскохозяйственного, промышленного производства, а также домашнего хозяйства и любой биомассы при помощи микробов (ежегодно образование биомассы в мире оценивается в 180 млрд тонн, она содержит 60-70% горючего газа метана). Открываются широкие перспективы для использования биомассы с целью получения биогаза - высококачественного источника энергии, в состав которого входят метан, этанол, метанол, бутиловый спирт, ацетон и др. компоненты. Общий объем выделяющегося газа составляет 340 л/кг сухого вещества, характеристики выделяемого газа: 60-80% метана, 20-40% углекислого газа, 1-3% серной кислоты, примерно по 1% на водород, кислород, сульфид водорода, азота и оксид углерода. Теплотворная способность биогаза составляет 20-26 мДж/м3. Кроме газа такая установка позволяет получать высококачественные удобрения. Внедрение новых технологий для получения биогаза позволит уменьшить выбросы метана в атмосферу примерно на 4,4 тонны СО2 эквивалента.
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 9 (77) 2009 © Научно-технический центр «TATA», 2009
Гелиоустановка для выращивания микроводорослей (хлореллы, спирулина, сцендесмуса) в технических устройствах (фотореакторах) с контролируемыми внешними параметрами и условиями среды обитания. Продуктивность фотосинтеза может быть значительна, и урожайность в пересчете на белок повышается в 8-10 раз, а в отдельные дни на 15-18%. Это говорит о неограниченных возможностях по обеспечению сельского хозяйства и промышленности белками - витаминными добавками. Полученная биомасса содержит весь набор аминокислот, богата витаминами, ее использование весьма перспективно в животноводстве, в парфюмерной, медицинской и других отраслях промышленности. Например, химический анализ сухого вещества хлореллы показывает, что в нем содержится до 45% белка, 20-30% углеводов, 7-10% жира и до 23 наименований аминокислот, в том числе триптофан и метонин.
Расход электрической энергии на производство 1 м3 кондиционной биомассы в гелиоустановке не превышает 70 кВт-ч, что в 8 раз меньше, чем на обычных установках с искусственным обогревом и освещением.
Объем годового производства кормовой хлореллы на базе солнечных фотореакторов (210 дней) станет возможным при сооружении в Туркменистане 392 гелиоустановок с рабочей емкостью каждой 7,2 м3. Капитальные вложения на строительство составят примерно 20 млн долл. США. Экономия топлива на заданный объем производства биомассы хлореллы за счет использования солнечной энергии по предварительной оценке составит 30 тыс. т у.т. в год и уменьшит выбросы СО2 на 0,072 Тг.
Энергия ветра тоже является возобновляемым источником энергии. Существенное влияние на многие отрасли народного хозяйства Туркменистана оказывает ветровой режим.
н fc
о
§
н о й и
КАЗАХСТАН
Бекдаш Карабогазгол "
_ Г.
• s Куня-Ургенч 1
( ¿U
, о Шахсенем N
N Вк ч
огуз
40 0 40 I-1-1=
120 =1-1—
200 км —t
о Давали о Сансыз
Сердар
Дарваза о
УЗБЕКИСТАН
\
оУРек
о Ербент о Бахардок
о АШХАБАД
О Чешме
Туркменабат q
о Репетек
\
1 2 3
ИРАН
4
5
6 I
Ib.
' —' ч.
Магданлы*^,
Атамырат о
хта-Базар^
АФГАНИСТАН
Серхетаба^*
Карта ветроэнергетических ресурсов Туркменистана
1 - районы, где энергия воздушного потока с 90%-ной обеспеченностью составит менее 100 Квт-ч/м2 в год;
2 - от 100 до 200; 3 - от 200 до 400; 4 - от 400 до 600; 5 - от 600 до 800; 6 - от 800 до 1000; 7 - более 1000
Card windpower resources of Turkmenistan 1 - areas where energy of an air stream with 90%-s' security will make less than 100 KW-h/m2 in a year; 2 - from 100 to 200; 3 - from 200 to 400; 4 - from 400 to 600; 5 - from 600 to 800; 6 - from 800 to 1000; 7 - more than 1000
136
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 9 (77) 2009
© Scientific Technical Centre «TATA», 2009
Ü £
7
Количественная оценка ветроэнергораспределе-ния ресурсов на территории Туркменистана представлена в составленной карте (см. рисунок). В Каракумах преимущественно наблюдаются ветры с повторяемостью от 25 до 50-60% со скоростью 3,14,2 м/с, но ежегодно отмечаются ветры с силой от 16 до 22-25 м/с.
Используя количественную оценку ветроэнергетических ресурсов, можно определить эффективность применения в пастбищных районах Туркменистана ветроэнергетических установок (ВЭУ). Площадь отгонных пастбищ составляет около 40 млн га. Годовой экономический эффект от использования ВЭУ для систем теплохолодоснабжения одного дома в сельской местности площадью 150 м2 составит 0,4 тыс. долл. в год и сэкономит на душу населения 180-200 кг у.т. За счет ветроагрегата можно удовлетворить потребности сельского населения в энергии до 85%. Разработан автономный гелиокомплекс -агропроизводственный объект, структура которого может быть различной в зависимости от природно-климатических условий. Он включает в себя солнечную опреснительную установку; гелиоветроэнерге-тическую установку для подъема воды из колодца и энергообеспечения; дублер - дизельную электростанцию малой мощности; кошару для содержания овец; гелиотеплицу с капельным орошением; чабанский дом с солнечной системой теплохладоснабже-ния и системой распределительных резервуаров для соленой, дистиллированной и питьевой воды; фотореактор закрытого типа для производства хлореллы и ферментеры по переработке отходов сельскохозяйственных животных. Автономный гелиокомплекс позволит сэкономить за 10 лет 1,8-2,0 тонн условного топлива, уменьшит выбросы СО2 на 4,37-4,85 Мг.
Туркменистан обладает большим потенциалом геотермальных вод (ГТВ). Перспективным направлением является расширение использования ГТВ в лечебных и санаторных учреждениях страны, а также для обогрева помещений, в тепличных хозяйствах и т.д. Например, доля теплопотерь теплицы покрывается за счет совместного использования солнечной энергии и энергии геотермальных вод.
Основные перспективы использования тепла земли в настоящее время связываются с месторождениями геотермальных вод. Специальная проработка вопроса рентабельности использования геотермальных вод в Туркменистане не проводилась, наша оценка перспективности использования глубинного тепла основывается на общих кондиционных требованиях. В связи с этим представляет интерес рассмотрение распределения температуры на глубине 3000 м, характеризующего максимальную тепловую потенцию геотермальных вод.
Так, в пределах Каракумского региона температура на глубине 3000 м повсеместно превышает 100° С. Максимальные их величины (140° С и выше) приурочены к южной части эпиналедзойской платформы (Батхыз-Карабильской ступени) и эпиплатформен-
ной аэрогенной области (Кушкинская группа поднятий). Сумма прогнозных ресурсов термальных вод составила 133829 м3/сут., а гидрогеотермической энергии - 797 кал/год. В Каракумском регионе по химическому составу это преимущественно хлорид-ные натриевые рассолы с минерализацией до 250 г/л.
Копетдагский регион характеризуется возможным развитием на глубине 3000 м температуры порядка 80-100° С в Центральном и 100-110° С в Западном Копетдаге. Обращает внимание приуроченность максимальных температур к Куллярской сик-лиальской зоне Западного Копетдага. Сумма запаса геотермальных вод составляет 10840 м3/сут., а ресурсы гидротермальной энергии - всего 30 Гкал/год. В Копетдагском геотермальном регионе по химическому составу они преимущественно сульфатные натриевые, сероводородные с минерализацией 2,63,5 г/л. Дебиты скважин достигают 10-11 л/с.
В Западно-Туркменском регионе температура на глубине 3000 м значительно ниже, чем в вышерас-смотренных регионах. Характерной особенностью распределения температур является снижение их величин от периферии к центру впадины: на Мессе-рианской ступени - до 90-108, в Гограньдаг-Окаремской и Прибалханской зонах поднятий - 7580 и в пределах Кизилкумского прогиба и акватории Каспия - до 70° С и менее. В Западно-Туркменском регионе по химическому составу в разрезе плиоценовых отложений преобладают рассолы хлоридного кальциево-натриевого состава с минерализацией свыше 100 г/л.
Поскольку основные запасы геотермальных вод Туркменистана относятся к категории низкопотенциальных, они являются главными и будут таковыми в обозримом будущем для сельского и коммунального хозяйства (теплоснабжение жилых и промышленных зданий), бальнеологии и химии.
Перспективы использования тепла Земли в настоящее время связываются с месторождением геотермальных вод. Специальная проработка вопроса рентабельности использования геотермальных вод в Туркменистане еще не проводилась. В таком же положении находятся и проблемы использования энергии Каспийского моря.
Одним из самых древних возобновляемых источников энергии является биомасса, в его основе лежит процесс фотосинтеза растений, приводящий к аккумулированию солнечной энергии, переходящей в химическую.
Основным источником биомассы является лес и сельскохозяйственные угодья. Только за год лес производит примерно 75-109 т биомассы с энергетическим содержанием, в 3 раза превышающим мировое энергопотребление за год. Отходы же сельскохозяйственного производства (в виде соломы и навоза) ежегодно составляют 4,2-109 т.
Пустыня Каракумы обладает богатейшими топливно-энергетическими ресурсами: белый саксаул,
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 9 (77) 2009 © Научно-технический центр «TATA», 2009
произрастающий на площади 3655 тыс. га с запасом древесины 7444 тыс. м3, черный саксаул на 730 тыс. га с запасом древесины 1776 тыс. м3, арчевники на 73,3 тыс. га с запасом древесины 1602 тыс. м3.
Следует отметить, что серьезным недостатком использования энергии солнца и ветра является их непостоянство. Для установок, присоединенных к сети, этот недостаток не столь существен, ибо, если мощность ВИЭ не превышает 10-15% мощности сети, то последняя может сглаживать это непостоянство. Для автономных установок в зависимости от характеристик нагрузки могут потребоваться различные решения: использование аккумуляторных батарей; резервирование установок ВИЭ с помощью установки на органическом топливе (чаще всего дизель-генератора); гибридизация самой установки ВИЭ (это относится только к солнечной электростанции).
Вторым решением для автономных установок может явиться комбинированное использование солнечных и ветряных установок, уменьшающее фактор непостоянства. В некоторых случаях роль выравнивания производства энергии в сочетании солнечной и ветровой может выполнять установка, работающая на биогазе, геотермальных водах.
В рамках реализации Национального плана действий по охране окружающей среды (НПДООС) вопрос использования возобновляемых источников энергии должен найти свое место. Тем более, что в нем подчеркнуто, что рациональное использование природных ресурсов и применение ресурсо-энерго-сберегающих технологий снижает отрицательное воздействие на окружающую среду.
Список литературы
1. Берковский Б.М., Кузминков В.А. Возобновляемые источники энергии на службе у человека. М.: Наука, 1987.
2. Использование солнечной энергии. Ашхабад: Ылым, 1985.
3. Лозановская И.Н., Орлов Д.С., Садовникова Л. К. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. М., 1998.
4. Пенджиев А.М. Диссертация на соискание степени доктора наук. М., 2000.
5. Базаров Б.А., Терешин В.Д., Пенджиев А.М. Использование жидких диэлектриков для охлаждения фотопреобразователей // Изв. АН ТССР, серия Ф-Т, Х и Г науки. 1978. № 3.
6. Байрамов Р., Рыбакова Л.Е. Микроклимат теплиц на солнечном обогреве. Ашхабад: Ылым, 1983.
7. Безруких П.П. Экономические проблемы нетрадиционной энергетики // Энергия: экон., техн., экол. 1995. № 8.
8. Богуславский Э.И., Виссарионов В.И., Елист-ратов В.В., Кузнецов М.В. Условия эффективности и комплексного использования геотермальной, солнечной и ветровой энергии // Межд. симп. «Топливно-энергетические ресурсы России и др. стран СНГ». С.-Пб., 1995.
9. Пенджиев А.М. Перспективы использования возобновляемых источников энергии в Туркменистане // Пробл. осв. пустынь. 2005. № 2.
10. Пустыня Каракумы и пустыня Тар. Ашхабад: Ылым, 1992.
11. Рыбакова Л.Е., Пенжиев А.М. Энергия барада сохбет. Ашхабад: Магарыф, 1993.
12. Стребков Д.С., Мамедсахатов Б.Д., Пенджиев А. М. Развитие фотоэнергетики в Среднеазиатском регионе. Сборник трудов. 2006, № 5. С. 112-118.
13. Стребков Д.С., Пинов А.Б. Фотоэлектричество - проблемы в России // Бюллетень «Возобновляемая энергия». 1997. № 1. С. 22-51.
14. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии в России. М.: Наука, 2003.
15. Penjiyev А. Ecoenergy resources of greenhouse facilities in the arid zone // Problems of desert development. Allerton, 1998. № 5. Р. 65-73.
16. Алексеев Б.А. Международная конференция по ветроэнергетике // Электрические станции. 1996. № 2.
17. Penjiyev А. Renewable energy application for independent development of small settlements of Turkmenistan // Desert Technology VII International Conference November, India 2003. Р. 63.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 9 (77) 2009
© Scientific Technical Centre «TATA», 2009
