Нетрадиционные источники энергии в энергетике Казахстана (солнце). Анализ динамики развития

Проблемы, планы по реформированию и перспективы развития энергетики РК в сельскохозяйственной отрасли.

Потребление электроэнергии на сельское хозяйство — 1,2 %.

При передаче и распределении электроэнергии имеются большие потери на сельских линиях 25 - 50% потерь.

Линии электропередачи и распределительные сети Казахстана разделены на 3 части: две на севере и одна на юге, каждая из которых соединена с какой-либо внешней энергетической системой (Единой энергетической системой России на севере и Объединённой энергетической системой Средней Азии на юге). Соединяются эти системы между собой только одной линией. В настоящее время ведётся строительство второй линии, соединяющей Северную и Южную энергосистемы и рассматривается возможность строительства линии, соединяющей Западную энергосистему с Северной.

Наиболее выгодным для Казахстана является расширение, модернизация и коренное улучшение инфраструктуры государственной системы электрических сетей, которая обеспечит доступность дешевой и стабильной электроэнергии для всех потребителей.

Поэтому энергетика в сельском хозяйстве терпит определенные убытки, что отрицательно сказывается не только на стоимости продукции, но и на ее качестве и конкурентоспособности. В связи с этим Правительством РК сегодня разрабатываются различные программы по развитию энергосбережения в агропромышленном комплексе страны, направленные на развитие отрасли. В частности развитие энергетики в сельском хозяйстве определяется следующими приоритетными задачами:

 модернизировать существующие системы электроснабжения или перейти на адаптивные системы;

 снизить степень износа электрических сетей;

 сократить потери энергии и эксплуатационные затраты;

 по возможности использовать интеллектуальные электрические сети

В настоящее время энергетика в сельском хозяйстве уже вступила на путь переоснащения и модернизации. Помимо государственных программ, собственники объектов сельского хозяйства самостоятельно пытаются решить некоторые вопросы, активно внедряя новые технологии по энергосбережению. Энергетика в сельском хозяйстве активно переходит на использование энергосберегающих ламп, малоэнергозатратных технологий, комбинирование топливных источников и переоснащение технического парка.

Казахстане есть все условия для развития солнечной энергии как основного вида альтернативной энергетики. Только запасы кварцевого сырья составляют 267 млн. тонн. На базе данных месторождений в стране в последнее время построены несколько заводов по производству металлургического кремния, для изготовления солнечных батарей. Есть промышленные месторождения и источники других минералов, в том числе редкоземельных, необходимых для производства фотоэлементов - галлия, мышьяка, кадмия, германия. Выпускаемые солнечные батареи в Казахстане будут значительно дешевле зарубежных аналогов, при этом они также будут экологически чистыми и обладать всеми важными характеристиками. В Казахстане достаточно объектов, где уже довольно много лет применяются солнечные установки и теперь, когда собственные технические решения найдены, а гелиотехника значительно удешевлена, позволяет начать производство солнечных батарей и в этой стране.

Несмотря на то, что большая часть территории Казахстана географически находится в северных широтах, ресурсы солнечной энергии в стране являются стабильными и приемлемыми благодаря благоприятным климатическим условиям. По итогам исследований, потенциал солнечной радиации на территории республики достаточно значителен и составляет 130-180 Вт/м². В связи с континентальным климатом, в южных районах страны достигает 2500 — 3000 солнечных часов в год, и это делают нашу страну привлекательной для развития солнечной энергетики. Климат характеризуется большим числом ясных дней (особенно в летний период), высокой температурой воздуха и незначительным количеством атмосферных осадков в течение года. Так как территория Казахстана располагается в «солнечном поясе», у страны есть огромный шанс преуспеть в сфере использования солнечной энергии и выбиться по этому показателю в мировые лидеры. В отличие от европейских государств у нас отсутствует производство солнечных элементов и батарей. Это является также одной из причин нашего отставания в призводстве альтернативных источников энергии.Кроме того, простые в изготовлении и эксплуатации солнечные нагреватели могут широко использоваться в сельском хозяйстве для сушки сельскохозяйственных продуктов, на птицефабриках, животноводческих фермах, в теплицах, дачных поселках и т.д. В южных районах при эффективном использовании солнечной энергии можно обеспечить около 25% общего теплопотребления в системах отопления, до 50% в системах горячего водоснабжения. В настоящее время разработаны высокоэффективные тонкопленочные поликристаллические фотопреобразователи солнечного излучения, которые позволяют широко применять их наряду с традиционными фотоэлементами на основе использования кремния. По данным ученых самые благоприятные условия для установки солнечных батарей является южная часть Казахстана, так как Казахстан расположен между 41° и 55° с.ш., продолжительность солнечного сияния и величина суммарной солнечной радиации на севере значительно меньше, чем на юге.

8. Нетрадиционные источники энергии в энергетике Казахстана (ветер). Анализ динамики развития. Ветровая энергетика в Казахстане слабо развита, несмотря на то, что для этого есть подходящие природные условия. Например, в районе Джунгарских ворот и Чиликского коридора, где средняя скорость ветра составляет от 5 до 9 м/с.В декабре 2011г. в Жамбылской области была введена в эксплуатацию первая в Казахстане ветроэлектростанция - Кордайская ВЭС (первая очередь), мощность 1 500 кВт. В декабре 2014г. был построен первый этап из 9 ветрогенераторов, который увеличил мощностью до 9 МВт. Также в Кордайском районе подходит к завершению строительство второй ВЭС мощностью 21 МВт. В октябре 2013 г. состоялась закладка капсулы Ерейментауской ВЭС мощностью 45 МВт. Проекты ВЭС: Жанатасская ВЭС мощностью до 400 МВт (Жамбылская область). Шокпарской ВЭС - мощность 200 МВт (Жамбылская область). В Институте «Казсельэнергопроект» выполнен ряд научно-исследовательских работ по технико-экономическому обоснованию строительства малой ГЭС и ветроэнергетических станций (ВЭС). Эти предложения учитывались при подготовке ряда постановлений, законов и программ по использованию гидроресурсов рек и ветроэнергопотенциала. Им выполнен ряд ТЭО строительства ВЭС мощностью 40 МВт в Джунгарских воротах, в районе г. Аркалык ВЭС в 10 МВт. На первом этапе институт предложил рассмотреть вопросы строительства ВЭС в 45 регионах Казахстана. В проектном институте считают, что использование ветрового потенциала следует осуществлять на базе мелких ВЭС с ветроагрегатами единичной мощностью до 2 МВт и более. В настоящее время разрабатывается проектно-сметная документация по Кордайской ВЭС мощностью 21 МВт и Каратауской ВЭС мощностью 20 МВт в Жамбылской области. Что же касается проекта строительства ВЭС Ерейментау в Акмолинской области 51/300 МВт предварительной стоимостью 135 млн долл., ТЭО которого выполняет Даг Muhandislik Musaveric A.S., его первый этап мощностью 51 МВт будет реализован в 2013 г., с последующим увеличением мощности до 300 МВт. По данному проекту заключен договор на поставку необходимого оборудования для работы ВЭС. В первом квартале 2012 г. Институтом «Казсельпроект» и испанской фирмой ДОМ планируется завершить ТЭО проекта строительства ВЭС «Шелек» мощностью 60 МВт с перспективой расширения до 300 МВт. Данный обьект оценивается в 162 млн долл., строительство которого будет завершено в 2014 г.Алматинская область, включая Алматы, в настоящее время испытывает дефицит электроэнергии в объеме 1 млрд КВт/часов. Для покрытия недостающей энергии и осуществления экспорта энергии в Китай необходимо выполнить следующее:

строительство каскада из 9 малых ГЭС на реке Тентек, мощностью 300 МВт и ветростанции (ВЭС) мощностью до 250 МВт в Джунгарских воротах;

строительство каскада из 7 ГЭС на реке Коксу мощностью 300 МВт в районе г. Талдыкорган и ВЭС 150 МВт в районе железнодорожной станции Айнабулак;

строительство ГЭС Мойнак на реке Шарын мощностью 300 МВт и ВЭС 200 МВт в Шелекском ветровом коридоре.

В настоящее время с Китаем ведутся переговоры по поставке энергии по маршрутам – через Джунгарские ворота в районе железнодорожной станции и таможни Достык, а также по Илийской долине (в районе г. Жаркент, таможня Каргос).В юго-восточном регионе удачно сочетаются одновременное получение энергии от ГЭС и ВЭС. Эти электростанции дополняют друг друга по сезонной выработке электроэнергии, а именно в холодные периоды года превалирует энергия от ВЭС, а в теплое – от ГЭС. Они экологически безвредные и потери при экспорте энергии из нашей приграничной области минимальные. Кроме того, имеется возможность регулировать графики поставок электроэнергии путем регулирования мощности ГЭС на основе использования воды из водохранилища. Таким образом, совместное использование электроэнергии ветра и воды повышает надежность подачи электроэнергии потребителям. Для развертывания строительства ВЭС, с одной стороны, необходимо наладить сотрудничество с западными фирмами для поставки оборудования, во-вторых, нужно на современной технологической основе производить собственные высокоэффективные ветроэнергетические установки. Зарубежные ветроэлектростанции дороже, потому что время их работы ограничено самой природой, так как несмотря на то,что в году 8760 часов, ветроустановки могут работать только 2500-3500 часов, в то время как наши ВЭС работают в 2 раза больше, а изготовление конструкции обходится в 2-3 раза дешевле.

9. Нетрадиционные источники энергии в энергетике Казахстана (геотермальные). Анализ динамики развития. Потенциал геотермальной энергетики в Казахстане

Казахстан обладает значительными ресурсами геотермальной воды со средней и низкой температурой. Геотермальное месторождение Капланбек (недалеко от города Чимкент), с температурой воды 80 ° С, используется для теплоснабжения жилых домов. Рядом с городом Алматы геотермальный источник с температурой 80-120 ° C используется для отопления теплиц зимой и кондиционирование летом. На состояние 2007 года, Казахстан не использует геотермальные ресурсы для производства электроэнергии.

Оценка геотермальных ресурсов была проведена на основании изучения многочисленных скважин, пробуренных для разведки и добычи нефти и газа. Наиболее перспективные геотермальные резервуары были обнаружены в меловых образованиях на юге и юго-западе Казахстана. Основные геотермальные районы:

Вблизи города Чимкент, Джамбул, Кызыл-Орда, глубина 1200-2100 м, температура 45-80 ° С, общая минерализация 1 г / л.

Долина реки Чу и север пустыни Кызыл-Кум; геотермальный градиент 35 ° / км, температура 80-90 ° С, общая минерализация 1,5 г / л.

Долина реки Или (Панфиловское поле); меловые водоносные горизонты - глубина 2000-3500 м, температура 90-115 ° C, общая минерализация 1,5 г / л, расход 20-90 л / с; более глубокий (4500 м) водоносный горизонт был определен рассолом температурой 170 ° C.

Окрестности города Алматы; глубина 2500-3500 м, температура 80-120 ° C.

Талдыкурганская область; было обнаружено значительные ресурсы горячей (90 ° С) воды.

Плато Устюрт (около побережье Каспийского моря); данные от нефтяных скважин указали на значительные ресурсы горячей воды (> 120 ° C). Потенциал тепловых водных ресурсов Казахстана оценивается в 520 МВт (без использования насосов) или 4300 МВт (при использовании насосов). Доказанные ресурсы пригодные для производства электроэнергии (Панфиловское поле) составляют12 МВт для мелового водоносного горизонта, а для более глубоких водоносных горизонтов существует необходимость в дальнейшем исследовании.

10. Нетрадиционные источники энергии в энергетике Казахстана (гидроэнергетика). Анализ динамики развития. В Казахстане имеются значительные гидроресурсы, теоретически мощность всех гидроресурсов страны составляют 170 млрд кВт.ч в год, то есть только незначительная часть гидроэнергоресурсов используется в настоящее время.

Основные реки: Иртыш, Или и Сырдарья. Экономически эффективные гидроресурсы сосредоточены в основном на востоке (горный Алтай) и на юге страны. Крупнейшие ГЭС: На р. Иртыш сооружены Бухтарминская ГЭС – 0,7 млн кВт, Усть-Каменогорская ГЭС – 0,3 млн кВт и Шульбинская ГЭС – 0,7 млн кВт., на р. Или построена Капчагайская ГЭС – 0,4 млн кВт., обеспечивающие 10 % потребностей страны.

В Казахстане планируется увеличение использования гидроресурсов в среднесрочном периоде. Завершилось строительство Мойнакской ГЭС (300 МВт), проектируются Булакская ГЭС (78 МВт), Кербулакская ГЭС (50 МВт) и ряд малых ГЭС.

К сожалению, постройка гидроэлектростанций часто связана с нарушением природной среды: из оборота изымается много сельскохозяйственных и заповедных земель, нарушается нерест рыбы и вся речная экология, вырубаются леса под строительство ЛЭП.

Общая установленная мощность ГЭС Казахстана составляет 2 350,16 МВт

Все гидроэлектростанции Казахстана в год вырабатывают более 7 149,4 млн. кВ/ч

В южных и восточных регионах в течение 15-20 лет можно построить около 374 МГЭС от двух до 30 МВт с суммарной мощностью 2711 МВт и выработкой 13 млрд кВт/час. Строительство этих объектов доступно малому и среднему бизнесу. В южных и восточных регионах в течение 15-20 лет можно построить около 374 МГЭС от двух до 30 МВт с суммарной мощностью 2711 МВт и выработкой 13 млрд кВт/час. Однако горные реки имеют существенные недостатки, расход воды в течение года крайне не равномерен. Ведь максимум потребления энергии приходится на осеннне-зимний период, в этот же период времени МГЭС в связи с изменением стока рек вырабатывают меньше электрической энергии.

Кардинальной задачей при проектировании ГЭС является вопрос равномерной водообеспеченности в течение года. Она определяет выбор схем использования горных рек, технические решения компоновок ГЭС на каскадах и как следствие требует капиталовложений. Рациональным путем увеличения водотока в зимний период времени является применение гелиостатов, плоских рефлекторов, которые вызывают дополнительное таяние снега, снижая объемы на испарение. Главное преимущество гелиостатов заключается в том, что представляется возможным регулирование интенсивности таяния снега без ущерба окружающей среде. Кроме того, многие водохранилища на малых ГЭС стали объектами рекреационного, рыбохозяйственного использования, местами обитания водоплавающих птиц. На них построены зоны отдыха, вблизи них прокладываются туристические маршруты. Очень выгодным является использование ГЭС и ВЭС, работающих на единую электросеть, что позволяет выравнивать их суммарную выработку электроэнергии в разрезе года. В теплые сезоны года сильно возрастает водность горных рек и, соответственно, выработка на ГЭС, а в холодный период года увеличивается ветровая активность и выработка на ВЭС. Однако, ГЭС и ВЭС географически могут быть удалены друг от друга, и оператором рынка Э/Э достаточно тяжело согласовывать их совместную работу. Сочетание ГЭС и ВЭС не везде могут быть применимы в республике, так как в Центральном, Западном и Северном Казахстане строительство ГЭС не целесообразно из-за отсутствия экономически доступных гидроэнергоресурсов.

11.Нетрадиционные источники энергии в энергетике Казахстана (биомасса). Анализ динамики развития.Энергия биомассы в Казахстане

Биомасса — возобновляемый ресурс, который всегда есть в дикой природе и который может быть получен человеком в искусственных условиях в необходимых количествах. Это – производная солнечной энергии и химических элементов — возобновляемый источник энергии, который, прежде всего, состоит из углерода и других элементов, таких как водород, кислород, азот, щелочь. Классический пример биомассы в природных условиях это торфяники, где кроме биологической составляющей тяжелые металлы щелочной почвы объединены с углеродом. Другой пример, известный всем, это топливо, из окаменелой биомассы сформировавшееся под воздействием различных геологических процессов. Она существует как в виде не возобновляемых, так и возобновляемых источников энергии, но используется, пока в основном уголь и нефть, которые не безграничны.

К примеру, пригодные для производства биотоплива растения (кукуруза, пшеница, и др.) всегда можно вырастать снова и на той же самой почве. Таким образом, биомасса помогает поддерживать местный экологический баланс и удовлетворить потребности в производстве энергии..

Потенциал использования биомассы в Казахстане

В Казахстане леса занимают площадь более 10 млн. га, что составляет 4 процента от общей территории страны, из которых 4700 тысяч га покрыты саксаулом. В 1990 году объемы лесозаготовки в стране составило около 3 млн. м3 в год. Объем отходов древесины на лесосеках и деревообработки на деревообрабатывающих предприятиях, а также древесины, которая используется в качестве дров, составляет почти 1,3 миллиона м3 или 1 млн. тонн. Таким образом, энергетический потенциал древесных отходов составляет более 200 тысяч т.н.э.

Солома зерновых культур является наиболее важным возобновляемым энергетическим ресурсом в Республике Казахстан. Уже в 1990 году производство соломы составило почти 37 млн. тонн. Если предположить, что 20 процентов из этого объема может быть использована для в энергетических целях, то выработка энергии составит более 87 ГВт.

Наиболее перспективные проекты по использованию биомассы для энергетических целей связанны с соломой.

В Казахстане развиваются технологии промышленного производства биоэтанола. Завод «Биохим», построенный в Северо-Казахстанской области, был торжественно запущен в сентябре 2006 года в рамках программы «30 прорывных проектов». Здесь должны были производить из зерна биоэтанол, который повышает октановое число бензина и делает его экологически чистым, а также планировали запустить животноводческий комплекс, птицефабрику, мясоперерабатывающий завод, комбикормовый цех и теплицы, отапливаемые промышленным паром. Однако с началом работы у завода начались и проблемы со сбытом продукции и кредиторами, и в результате АО «Биохим» попал в список должников по налогам и по зарплате. Вместе с тем, в октябре 2010 г. на заседании Сената парламента РК депутаты согласились с предложениями согласительной комиссии по преодолению разногласий между Мажилисом и Сенатом парламента РК по проектам законов «О государственном регулировании производства и оборота биотоплива» и «О внесении изменений и дополнений в некоторые законодательные акты РК по вопросам государственного регулирования производства и оборота биотоплива» и эти законодательные акты были приняты.

12. Нетрадиционные источники энергии в энергетике Казахстана (тепловые насосы). Анализ динамики развития.

Тепловые насосы представляют собой компактные экономичные и экологически чистые системы отопления, позволяющие получать тепло для горячего водоснабжения и отопления от частных коттеджей до многоквартирных жилых домов за счет использования тепла низкопотенциального источника (грунтовых и артезианских вод, озер, морей, грунта, земных недр) путем переноса его к теплоносителю с более высокой температурой.

Принцип работы

Любой тепловой насос состоит из трех основных агрегатов: теплообменника (испарителя), компрессора (повышающего давление) и конденсатора. Эти агрегаты связаны между собой замкнутым трубопроводом. В системе трубопровода циркулирует хладагент, который в одной части цикла представляет собой жидкость, а в другой – газ. При каждом тепловом насосе необходимо наличие источника тепла, температура которого настолько низка (0–25°C), что его невозможно использовать непосредственно. Источником тепла может выступать скалистая порода, земля(грунт) или вода. Принцип действия теплового насоса следующий. Охлажденный теплоноситель, проходя по трубопроводу, уложенному в землю или по дну озера, нагревается на несколько градусов. Затем внутри теплового насоса теплоноситель, проходя через теплообменник (испаритель), отдает собранное в окружающей среде тепло во внутренний контур теплового насоса, заполненный хладагентом. Хладагент имеет очень низкую температуру кипения. Проходя через испаритель, он превращается из жидкого состояния в газообразное. Это происходит при низком давлении и температуре –5°C. Из испарителя газообразный хладагент попадает в компрессор, где сжимается до состояния высокого давления и высокой температуры. Далее горячий газ поступает во второй теплообменник, конденсатор. В конденсаторе происходит теплообмен между горячим газом и теплоносителем из обратного трубопровода системы отопления дома. Хладагент отдает свое тепло в систему отопления, охлаждается и снова переходит в жидкое состояние, а нагретый теплоноситель системы отопления поступает к отопительным приборам. После прохождения через конденсатор жидкий хладагент может быть еще охлажден, а температура воды прямого трубопровода системы отопления повышена посредством дополнительно установленного сабкулера (сабкулер – устройство, обеспечивающее извлечение дополнительной энергии). При прохождении хладагента через специально редукционный клапан давление его (хладaгента) понижается, и тогда он снова попадает в испаритель, а затем во внешний контур системы. Так цикл повторяется снова.

Альтернативные источники тепла

Тепловые насосы могут использовать в качестве источника тепла энергию грунта земельного участка. Трубопровод, в котором циркулирует теплоноситель, зарывают в землю на глубину от 80 см. до 1.30 м в зависимости от климата региона и глубины промерзания почвы (при минимальном расстоянии между соседними трубопроводами – 0,8–1 м). Никакой специальной подготовки почвы при этом не требуется. Существуют только некоторые требования к грунту. Так, желательно использовать участок с влажным грунтом, идеально – с близко подходящими грунтовыми водами. Впрочем, и сухой грунт не будет помехой для устройства системы, нужно только увеличить длину контура (трубопровода). Ориентировочное значение тепловой мощности, приходящейся на 1 метр трубопровода, 20–30 Вт. Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт потребуется земляной контур длинной 350–450 метров. Для его укладки вполне подойдет участок земли площадью около 400 кв. м. Что касается садово-огородной растительности, то при правильном расчете контур не оказывает совершенно никакого влияния на зеленые насаждения. Существует также возможность использования для обогрева тепло скалистых пород. В скале бурится тепловая скважина глубиной 60–200 м (глубина зависит от потребностей дома в тепле и размеров теплового насоса) и диаметром 10–15 см. В буровую скважину устанавливают трубопровод, имеющий форму буквы «U». Принцип действия этого теплового насоса такой же, как при использовании тепла грунта. Использование в качестве источника тепла возможно и грунтовые воды, через пробуренные в грунте скважины. Близлежащие водоемы или реки являются так же идеальным вариантом. В этом случае контур укладывают на дно водоема. Преимущества такого метода – короткий внешний контур, «высокая» температура окружающей среды (температура воды в водоеме даже зимой всегда положительная и редко опускается ниже +4°С), высокий коэффициент преобразования энергии тепловым насосом. Ориентировочное значение тепловой мощности, приходящейся на 1 метр трубопровода, – 30 Вт. Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходимо уложить в озеро контур длиной 300 м. Для того чтобы трубопровод не всплывал, на один погонный метр «шланга» навешивают около 5 кг груза. Обратите внимание, что чем глубже проложен трубопровод, тем меньше риск его повреждения. Опыт показывает, что тепловой насос должен покрывать 70–90% (в зависимости от теплового источника) общей годовой потребности в энергии для отопления и горячего водоснабжения. При низких температурах зимой тепловой насос применяется с пиковым доводчиком, которым он укомплектован, или в сочетании с уже имеющимся котельным оборудованием. Подбор мощности теплового насоса, а так же источника тепла зависит от многих факторов: энергетических потребностей дома, его изоляции, года постройки, установленной отопительной системы и т. д. Практика показывает, что тепловой насос позволяет осуществить процесс отопления без загрязнения окружающей среды вредными выбросами и чрезмерного потребления природных ресурсов, одновременно ощутимо уменьшая денежные затраты.

Дата добавления: 2017-01-13