Развитие возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в Казахстане главная задача подготовки страны к EXPO-2017. Наиболее перспективные ВИЭ в Республики Казахстан: ветроэнергетика; малые гидроэлектростанции; солнечные установки для производства тепловой и электрической энергии; биогазовые установки.
Развитие науки и техники, а главное самосознание человечества сегодня достигли уровня, когда получение энергии определятся не только экономической целесообразностью, а также рядом других факторов, наиболее значимыми из которых являются: экологический, социальный и факторы, связанные с перспективой развития человечества и энергетической безопасностью. В таком контексте повышенный интерес к использованию возобновляемых источников энергии (ВИЭ) очевиден, даже, несмотря на более высокую стоимость по сравнению с традиционной энергетикой на сегодняшний день. При этом они имеют существенные преимущества с точки зрения экологии и социальной значимости. Существенное развитие возобновляемые источники энергии получили в странах с ограниченной ресурсной базой, чья энергетическая безопасность напрямую зависит от поставок энергоносителей (в первую очередь нефти и газа) из других стран.
В настоящее время Казахстан обладает достаточным количеством энергоресурсов. И казалось бы имея такие запасы населению нечембеспокоиться. Однако, согласно подсчетам специалистов, имеющихся ресурсов, хватит приблизительно лет на 100-150. А кто-то считает, что и этого времени нет. И напрашивается вопрос: « А что же мы оставим нашим детям? И как будут жить следующее поколение?»
Правительство Республики Казахстан намеревается значительно увеличить долю электроэнергии, вырабатываемой из возобновляемых источников энергии. В соответствии с Национальной программой по форсированному индустриально-инновационному развитию Республики Казахстан на период с 2010 по 2014 год, доля потребления электроэнергии, производимой от возобновляемых источников энергии должна превысить 1% к 2015 году. И в соответствии с национальными программами для перехода к устойчивому развитию, предусмотрено увеличение доли возобновляемых источников энергии в энергетическом балансе Казахстана до 5 процентов к 2024 году.
Закон о ВИЭ был подписан Президентом Республики Казахстан Нурсултаном Назарбаевым 4 июля 2009 года.
Для территории Казахстана наиболее перспективны следующие виды возобновляемых источников энергии: ветроэнергетика; малые гидроэлектростанции; солнечные установки для производства тепловой и электрической энергии; биогазовые установки.
Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения:
- фотовольтаика - получение электроэнергии с помощью фотоэлементов;
- гелиотермальная энергетика - нагревание поверхности, поглощающей солнечные лучи, и последующее распределение и использование тепла (фокусирование солнечного излучения на сосуде с водой для последующего использования нагретой воды в отоплении или в паровых электрогенераторах).
Фотоэлементы заводского производства имеют определенную номинальную мощность, выраженную в ваттах пиковой мощности (Втп). Это показатель их максимальной мощности в стандартных условиях испытаний, когда солнечная радиация близка к своему максимальному значению в 1000 Вт/м2, а температура поверхности фотоэлемента 25°C. На практике же фотоэлементам редко приходится работать в таких условиях.
Несмотря на северную широту географического расположения Казахстана, ресурсы солнечной энергии в стране являются стабильными и приемлемыми, благодаря благоприятным климатическим условиям.
По итогам исследований (МИНТ РК) потенциал солнечной энергии в южных районах страны достигает 2500 – 3000 солнечных часов в год и составляет 1,3-1,8 млрд. кВт∙час на 1 кв. м в год. [2]
Площадь Казахстана, доступная для установки фотоэлектрических преобразователей или гелионагревателей составляет не менее 50 % от общей площади (2 724 902 км2), потенциал энергии солнца может составлять 1700 ТВт*час за год.
С учетом того, что КПД фотоэлектрических панелей не превышает 30%, можно оценить технический потенциал гелиоэнергетики в 500 ТВт∙час за год.
Стоимость энергии, полученной из солнечной батареи, ежегодно снижается. Так, за 2011 год она уменьшилась на 50%, с 2008 года падение цены составило 75%. В 2011 году стоимость 1 Ватта солнечной электроэнергии впервые упала ниже 1 доллара.
Методика расчета энергоокупаемости солнечных энергостанций достаточно проста и исходит из трех основных факторов: энергозатраты на производство солнечного элемента (EQ, эффективность преобразования солнечной энергии (η) и среднегодовая мощность излучения в регионе, в котором предполагается размещение солнечного элемента (SP):
EP = Eα(η∙SP) (1)
Например, солнечный элемент на основе поликристаллического кремния требует 600 кВт∙час на производство 1 м2 площади солнечного модуля. При эффективности в 12% и среднегодовой мощности солнечного излучения в 1700 кВт∙час энергоокупаемость модуля составляет менее 4 лет. С учетом темпов роста эффективности фотопреобразования и оптимизации производства можно ожидать, что до 2020 года энергоокупаемость поликристаллических солнечных элементов снизится вдвое.
Тонкопленочные элементы (10% мирового рынка в 2011 году) используют очень небольшие объемы полупроводникового материала, поэтому наиболее энергозатратными процессами оказываются производство подложки (120 кВт∙час на 1м2) и монтаж элементов в модули (также 120 кВт∙час на 1м2). Эффективность тонкопленочного кремниевого элемента составляет примерно 6%. В результате, энергозатраты на производство такого элемента окупаются в течение 3 лет, а более эффективные (η = 9-12%) тонкопленочные модули на основе теллурида кадмия (CdTe) и диселенида индия-меди (CIGS) могут достичь энергоокупаемости менее чем за год.
Таким образом, солнечные элементы окупают вложенную в них энергию уже за 2-4 года после ввода их в эксплуатацию, а в последующие 25-30 лет они будут снабжать потребителей экологически безопасной электроэнергией. За свой срок службы солнечная электростанция, обеспечивающая энергией небольшой дом, предотвратит выбросы более чем 100 тонн углекислого газа и тонны оксидов серы и азота.
Ветроэнергетический потенциал Казахстана экспертами ПР ООН оценивается в 0,929 - 1,82 млрд. кВт∙час в год. Исследования, проведенные в рамках проекта Программы развития ООН по ветроэнергетике, показывают наличие в ряде районов Казахстана общей площадью около 50 тыс. кв. км среднегодовой скорости ветра более 6 м/с. Это делает их привлекательными для развития ветроэнергетики. Наиболее значительными являются ветроэнергетические ресурсы Жунгарского коридора (17 млрд. кВт∙час на кв. м). [2]
Анализ карты ветропотенциала Казахстана показывает что, основные ветровые потоки на высоте 50-70 метров составляют от 4 до 5 м/с. Эксперты ПР ООН расчеты по потенциалу и определение перспективных площадок вели с использованием европейского опыта, где основными источниками служат мощные прибрежные ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения, рассчитанные на скорости ветра 5-12 м/с. Для Казахстана это не самый хороший пример, о чем можно судить по нижеследующим аргументам.
Лопастной ветрогенератор (с горизонтальной осью вращения) начинает производить ток при ветре 3 м/с и отключается при ветре более 25 м/с. Максимальная мощность достигается при ветре 15 м/с. Отдаваемая мощность пропорциональна третьей степени скорости ветра: при увеличении ветра вдвое, от 5 м/с до 10 м/с, мощность увеличивается в восемь раз.
Предприятиями Казахстана и Российской Федерации совместно разрабатываются, изготавливаются и вводятся в эксплуатацию комплексные энергетические системы КЭС с основой на ветровой роторной турбине (ВРТБ) модельного ряда 2, 5, 10, 20 кВт. Они комплектуются солнечными преобразователями и аккумуляторами, интеллектуальными зарядными устройствами и средствами защиты по требованиям автономного объекта, обеспечивая надёжную подачу энергии потребителям.
Ветровые генераторы в процессе эксплуатации не потребляют ископаемого топлива. Работа ветрогенератора мощностью 1 МВт за 20 лет позволяет сэкономить 29 тыс. тонн угля или 92 тыс. баррелей нефти.
При реализации проектов в области использования возобновляемых источников энергии в Казахстане к 2020 году планируется ввести в эксплуатацию 31 объект ВИЭ суммарной установленной мощностью 1040 МВт, включая:
- ВЭС – 793 МВт;
- ГЭС – 170 МВт;
4 СЭС – 77 МВт.
Мировой опыт освоения ресурсов ВИЭ показывает, что использование только одного вида ВИЭ в системах энергоснабжения автономных потребителей не всегда позволяет обеспечить надежное и бесперебойное энергоснабжение из-за физических особенностей самих ВИЭ. Как правило, энергообеспечение автономного потребителя за счет ВИЭ стараются обеспечить путем комбинации разных видов первичной и вторичной энергии в так называемых энергокомплексах (ЭК). В их состав, обычно, входят как энергоустановки на базе ВИЭ, так и дизельные (бензиновые) энергоустановки (ДЭУ, БЭУ), а также разного вида системы аккумуляции энергии. Крайне усложняется сама система проектирования параметров и режимов ЭК на базе ВИЭ, что требует применения очень развитого информационного, математического и программного обеспечения. Для решения задачи финансово-экономического обоснования проектируемых ЭК в условиях Казахстана, где рыночные отношения находятся только на стадии, своего становления и имеется очень много случайных и неопределенных, по своей сути факторов, которые влияют на эффективность самих ЭК на базе ВИЭ. Весьма сложной; но весьма актуальной задачей становится проблемасоздания современного специального математического обеспечения по обоснованию проектов ЭК на базе ВИЭ работающих в системах энергоснабжения автономных потребителей. [1]
Актуальность: Актуальность базируется на истощаемости природных ресурсов, при этом регион обладает большим потенциалом солнечной и ветровой энергии. Отдаленность потребителей при постоянно меняющей инфраструктуре населенных пунктов, делает применение автономных энергосистем на базе возобновляемых источников энергии очевидной.
Вывод. Автономный энергетический комплекс должен обеспечить надежное электро- и теплоснабжение потребителя при комбинации разных видов первичной и вторичной энергии. В Казахстане, а особенно в Костанайской области не используются, можно сказать даже отсутствуют автономные энергосистемы на базе возобновляемых источников энергии. Хотя есть такие населенные пункты, где отсутствует подача электроэнергии, и проводить линию электропередач для нескольких домов невыгодно и нецелесообразно. Так же с ежегодным ростом цен на электроэнергию следует подумать стоит ли платить, если можно питаться автономно и независимо
ЛИТЕРАТУРА
- Дорошин А.Н. Исследование эффективности использования комбинированных энергокомплексов на основе возобновляемых источников энергии. Диссертация к.т.н., Москва, 2011. - 120с.
- Антонов А.Б. Зеленая энергетика Казахстана в 21 веке: мифы, реальность и перспективы. Алматы, 2014. С. 46.
- Шкрадюк И.Э. Тенденции развития возобновляемых источников энергии в России и мире. М.: WWF России, 2010. С.88.
- Тлеуов А.Х. Нетрадиционные источники энергии: Учебное пособие. - Астана: Фолиант, 2009. - 248 с.
- [Электрон. ресурс]. - URL: http://www.windenergy.kz.