Возможности использования солнечно-ветровых электростанций на территории Северного Казахстана и Оренбургской области

Осьминикин П.,

Хорольских К.

кадеты 8 курса

Зуева М.Я., преподаватель физики, Мартынов А.Н., преподаватель географии, Малиновский В.В., преподаватель дополнительного обучения

Возможности использования ветро-солнечных энергетических установок на территории Оренбургской области и северных регионов Казахстана

Любая деятельность человека  невозможна без использования энергии. Все зависит  от стабильности подачи энергии. Из   всех  отраслей  хозяйственной  деятельности  человека энергетика оказывает  самое  большое  влияние  на  нашу  жизнь.

Чтобы в будущем энергоресурсов хватало на более, чем восемь-десять миллиардов людей нам надо либо  экономить при расходовании энергоресурсов, либо использовать источники энергии, которые являются неисчерпаемыми. К последним относятся энергия  солнца, ветра, воды, используемые человечеством с незапамятных времен.                Возможности и перспективы у нетрадиционных видов  получения  энергии разные. По темпам прироста ветроэнергетика и гелиоэнергетика обгоняют все другие альтернативные источники.

Причины развития альтернативной энергетики и, в частности, ветро и гелио энергетики связаны и с ростом цен на энергоресурсы, текущими проблемами энергетической безопасности стран-импортеров энергоресурсов и озабоченностью все большего числа людей проблемой изменения климата.

В связи с постоянными выбросами промышленных газов в атмосферу и другими факторами возрастает контраст температур на земной поверхности. Это является одним из основных факторов, который приводит к увеличению ветровой активности во многих регионах нашей планеты и, соответственно, актуальности строительства ветростанций - альтернативных источником энергии.

Энергия ветра и солнца на земле неисчерпаема. Многие столетия человек использует энергию ветра в качестве движущей силы парусных судов, мельниц, насосов для добычи нефти и питьевой воды в аридных районах Земли. Как показала практика и опыт многих стран, использование энергии ветра крайне выгодно, поскольку: во-первых, стоимость ветра равна нулю; во-вторых, источником электроэнергии является энергия ветра, а не энергия сжигания углеродного топлива, продукты горения которого известны своим опасным воздействием на экосистемы.

Ветрогенератор мощностью 1 МВт сокращает ежегодные выбросы в атмосферу на 1800 тонн СО2, 9 тонн – SO2, 4 тонны - оксидов азота. По оценкам GlobalWindEnergyCouncil, к 2050 г. мировая ветроэнергетика позволит сократить ежегодные выбросы СО2 на 1,5 млрд. тонн[4].

Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью - из  138 стран с целями по развитию возобновляемых источников энергии или соответствующей политикой, две трети это развивающиеся страны. Полная мощность возобновляемых источников энергии во всем мире превысила 1,470 ГВт в 2012, выше на 8,5% чем в  2011. Энергия ветра составляла приблизительно 39% общей мощности, вдобавок  гидроэлектроэнергия и солнце составили приблизительно 26%. Солнечная энергия  достигла уровня в  100 ГВт, с точки зрения мощности энергия биотоплива на третьем месте после энергии воды и ветра[6].

Себестоимость производства ветровой и солнечной электроэнергии стала сравнима и конкурентоспособна с электроэнергией, вырабатываемой другими источниками, а значит из категории экологически чистого, но достаточно дорогого источника энергии, ветроэнергетика переходит в товар, на котором возможно построить эффективный бизнес. К 2010 году себестоимость производимой электроэнергии снизилась до 3-3,8 евроцентов/кВтч.дляветропарков с сильными и постоянными ветрами и до 4-6 евроцентов/кВтч. для ветропарков со скоростями ветра ниже средних значений.

По мнению Российской ассоциации ветроиндустрии одним из наиболее перспективных направлений развития возобновляемых источников энергии (ВИЭ) является развитие ветроэнергетики. По экспертных оценкам, в Казахстане потенциал возобновляемых энергетических ресурсов, таких, как гидро-, ветро- и солнечная энергетика также весьма значительны.

Таблица 1. Возможности использования ВИЭ[1, 6, 8]

Таблица 2. Климатические условия Оренбургской области и регионов Северного Казахстана[1, 3, 7]

Климатические показатели  Оренбургской области и регионов Северного Казахстана благоприятны для развития  ветровой и солнечной энергетики.

Ветроэлектростанции можно разделить на две основные группы в зависимости от расположения оси вращения вала генератора: горизонтально-осевые или пропеллерные с горизонтально расположенным валом генератора. Исходя из средней скорости ветра и технических характеристик ветрогенераторов, наиболее успешными в Оренбургской области и Северном Казахстане считаем ветрогенераторы с вертикальной осью вращения (роторные, или карусельного типа). В таком ветрорежиме (скорость ветра 6 - 8 м/с) эффективность вертикальной установки намного выше. Стоит отметить, что у вертикальных ветрогенераторов есть ещё несколько существенных преимуществ: они практически бесшумны, и не требуют совершенно никакого обслуживания, при сроке службы более 20 лет. Системы торможения, разработанные в последние годы, гарантируют стабильную работу даже при периодических шквальных порывах до 60 м/с[2; стр.21].

Чтобы повысить надежность ветроэнергетической установки, нами изучена возможность ее комбинирования с солнечными батареями.

Предложенные нами гибридные станции позволят преодолеть главную проблему современных солнечных электростанций, также как и ветровых – это неравномерность выходной мощности, которая зависит от освещенности или силы ветра, которые в свою очередь постоянно изменяются на протяжении суток и даже часов.

Для проверки эффективности использования подобных электростанций нами была создана модель солнечно-ветровой электростанции.

Наша солнечная батарея сделана из оксида меди вместо кремния. Окись меди - один из первых материалов, в котором учёные открыли фотоэлектрический эффект, в котором свет заставляет электричество течь в материале. 
На фотографии готовая солнечная батарея,амперметр показывает приблизительно 6 милиампер.

        Исследование зависимости  вырабатываемой ЭДС от числа лопастей, мощности ветрового потока,  угла между осью вращения и направлением потока ветра показало, что:

1) с увеличение числа лопастей ЭДС увеличивается;

2) при увеличении мощности ветрового потока ЭДС  увеличивается;

3) при уменьшении угла между осью вращения и направлением потока ветра ЭДС уменьшается.

Нами произведен расчет мощности, вырабатываемой солнечно-ветровой установкой.На основании экспериментальных данных  произвели расчет мощности, вырабатываемой нашей солнечно-ветровой установкойР = 0, 0057 кВт*ч.

             Теоретические расчеты при идеальных условиях позволили оценить годовую мощность солнечно-ветровой установки, в зависимости от количества ветровых дней в году:

Список литературы

1. Старков А.Н., Ландберг Л., Безруких П.П.,Борисенко М.М. Атлас ветров России, Москва, РДИЭ, Нац. Лаб. Рисё, Дания, 2000 г.
2. Володин В.В. «Энергия, век двадцать первый», М.: Детская литература, 2001 г.
3. Жакупханов Е. Е. Солнечная энергетика в Казахстане
4. www.wikipedia.ru
5. www.wewees.ru
6. http://www.windenergy.kz/
7. www.atlas.windenergy.kz
8. www.e-cis.info/foto/pages/23522.doc‎