Жел қуаты оның жылдамдығының кубына тура пропроционал
Қазақстанның жасыл даму бағыты және баламалы энергияның маңызы
Қазақстанның ұзақмерзімді дамуы туралы «Қазақстан – 2050» стратегиясында көмірсутегі шикізаты нарығында ірі ойыншы болып қала отырып, энергияның баламалы түрлерін өндіруді дамыту, күн мен жел энергиясын пайдаланатын технологияларды белсенді енгізу қажеттігі атап өтілген. 2050 жылға қарай елдегі жалпы энергия тұтынудың кемінде 50%-ы баламалы және жаңғыртылатын көздерден келуі тиіс.
Еліміздің жасыл экономикаға көшуіне ЭКСПО-2017 секілді ірі халықаралық бастамалар да серпін беруі керек. Тәуелсіздік жылдарынан бері арзан әрі тиімді электр энергиясы көздерін іздеу мақсатында мемлекеттік бағдарламалар қабылданып, соның аясында жел және күн энергетикасын халық шаруашылығына енгізудің тиімді жолдары қарастырылып келеді.
Неге жаңғыртылатын энергия қажет?
Қазіргі ахуал
Сарапшылардың есептеуінше, Қазақстандағы жаңғыртылатын энергия көздерінің үлесі шамамен 1%. Табиғи қазбаларға бай болғандықтан, энергия тапшылығы қатты сезіле бермейді.
Болашақ талабы
Баламалы энергия — болашақтың қажеттілігі. Негізгі мақсат — энергетиканың қоршаған ортаға кері әсерін азайту және ресурстарды ұқыпты пайдалану.
Экологиялық уәждер: шығарындыларды азайту әлеуеті
ҚР Қоршаған ортаны қорғау министрлігінің деректеріне сүйенсек, 2009 жылы атмосфераға шығарылған ластаушы заттардың көлемі 3,4 млн тонна болған, оның 85%-ы 43 ірі кәсіпорынға тиесілі.
Сонымен қатар Қазақстанда өндірілетін электр энергиясының 85%-ға дейіні органикалық отынды, негізінен жергілікті көмірді (және аз көлемде көмірсутекті шикізатты) жағу арқылы алынады. Стационарлық көздерден шығатын қалдықтардың елеулі бөлігі мұнай және ілеспе газ өндіру саласына да қатысты.
Қалпына келетін энергия көздерін кеңінен қолдану арқылы энергетикадан бөлінетін парниктік газдарды 500 мың тоннадан 2,5 млн т CO₂-ге дейін қысқарту мүмкіндігі бар.
Экономикалық тиімділік: энергия тапшылығы бар өңірлер үшін мүмкіндік
Жаңғыртылатын энергияның экономикалық артықшылығы — электр қуатын өндіру мен жеткізуді оңтайландырып, әсіресе энергияға тапшы өңірлерде шығынды азайтуға көмектесуі. Энергия қорларын үнемдеу бүгінде әлемнің көптеген елдерінде мемлекеттік деңгейдегі басымдыққа айналған, өйткені көмір және көмірсутекпен жұмыс істейтін жылу электр станциялары экологиялық проблемаларды күрделендіреді.
Баламалы энергетика деген не?
Баламалы энергетика — энергияны дәстүрлі қазба отындарынан (көмір, мұнай, газ) емес, Күннен, желден, геотермиялық және басқа да жаңғыртылатын көздерден алу.
Жел энергетикасы: принципі, артықшылығы және тұрақтылық
Жел қондырғысы (желқозғалтқыш) — жел энергиясын механикалық энергияға түрлендіретін құрылғы. Негізгі әсер етуші күш — ауа ағыны. Ауа ағынында кинетикалық энергия қоры болады; ол жел дөңгелегі (немесе басқа жұмыс органы) арқылы механикалық энергияға айналады.
Қондырғының міндетіне қарай механикалық энергия электр энергиясына, жылулық энергияға, механикалық жұмысқа немесе қысылған ауа энергиясына түрленуі мүмкін. Желтурбинаның қозғалатын бөлігі ротор деп аталады: ротор жел ағынының энергиясын көбірек қамтыған сайын өндірілетін электр қуаты да артады.
Экологиялық артықшылық
Жану процесі жоқ болғандықтан, жергілікті деңгейде ластаушы заттар мен парниктік газдар азаяды.
Экономикалық артықшылық
Технология жетілдірілген сайын тиімділік артып, қуат құны төмендеу үрдісі байқалады.
Тұрақтылық
Желді тұрақты пайдалану үшін оны басқа көздермен кешенді біріктіру маңызды.
Су және жел станцияларын біріктіру идеясы
Қазақстанның шығыс, оңтүстік-шығыс және оңтүстік аймақтарында су электр станциялары мен жел электр станцияларын ұштастыра отырып электр энергиясын өндіру тиімді болуы мүмкін. Қыс айларында жел күші жиі артып, жазда бәсеңдеуі ықтимал; ал су ресурстары кей өңірлерде керісінше маусымдық өзгерістерге ұшырайды. Осылайша, өндірісті біршама тұрақтандыруға болады.
Күн энергетикасы: әлеуеті және технологиялары
Қазақстанның климаттық жағдайы күн қуатын пайдалануға қолайлы. Ғалымдардың бағалауынша, елімізде күн энергиясын өндіру мүмкіндігі жылына шамамен 2,5 млрд кВт·сағ.
Күн сәулесін жинайтын арнайы панельдер толық автоматтандырылған жүйелер арқылы сәуленің түсу бұрышын анықтап, басқаруды компьютер көмегімен жүзеге асыра алады. Күн энергиясын қолдану жылу мен жарықты қатар алуға мүмкіндік береді.
Күн энергиясын электр энергиясына айналдыратын қондырғы фотоэлектрлік (фотовольталық), ал жылулық энергияға түрлендіретін аспап термиялық деп аталады. Мұндай құрылғылардың жиынтығы көбіне гелиожүйелер ретінде белгілі.
Экономикалық тұрғыдан алғанда, күн қондырғыларының эксплуатациялық шығындары салыстырмалы түрде төмен: жиі жөндеуді қажет етпейді, ұзақ уақыт қызмет ете алады.
Су энергетикасы: сарқылмайтын ресурс
Су энергетикасы (гидроэнергетика) — бөгет салу арқылы немесе бөгетсіз ағын судан энергия алу. Қазақстанда Бұқтырма, Қапшағай, Шардара сияқты су электр станциялары жұмыс істейді.
Гидроэнергетикада энергия көзі — турбина арқылы өтетін су ағыны. Су энергетика қорлары өзендер мен сарқырамалардың құлама суынан алынатын энергияға негізделеді. Бұл көздің басты артықшылығы — қоры сарқылмайды, үнемі қалпына келіп отырады және салыстырмалы түрде арзан әрі гигиеналық тұрғыдан таза.
Биогаз: органикалық қалдықтан қуат алу
Биогаз — кез келген органикалық қалдықтан (тамақ қалдықтары, мал қалдықтары, тұрмыстық қалдықтар, ағын сулары тұнбасы және т.б.) алынатын жаңғыртылатын ресурс.
Тек ауылшаруашылық өнімдерінің қалдықтарынан алынатын биогаздың әлеуеттік қоры жылына шамамен 1–1,3 млрд тонна жанғыш шикізатқа тең деп бағаланады, бұл дүниежүзілік энергия ресурстарының елеулі бөлігіне пара-пар көрсеткіш.
Биогаз қондырғылары әртүрлі ауқымда іске аса алады: кәсіпорынды энергиямен қамтитын шағын қондырғылардан бастап, газ бен электр қуатын желіге беретін ірі орталықтандырылған энергия парктеріне дейін.
Қорытынды ой
Қалпына келетін энергия көздерінің келешегі зор: олар экологиялық таза, қоры сарқылмайды, әрі тиімді қолданылған жағдайда экономикалық пайда береді. Ең маңыздысы — табиғаттың тепе-теңдігін бұзбай, энергия өндіру мәдениетін жаңартуға мүмкіндік береді.
Жел энергиясын қолдану бойынша практикалық ұсыныстар
Қазақстанның бірқатар аймақтарына жел қондырғыларын орнату орынды. Орнатуды жоспарлау үшін келесі қадамдар маңызды:
- Тұтыну көлемін есептеу: алдымен қажетті энергия мөлшерін нақтылау.
- Жел режимін анықтау: өз өңіріндегі орташа жел жылдамдығын білу (ұзақмерзімді бақылау немесе метеостанция деректері арқылы).
- Орналасатын орынды таңдау: ашық ландшафттағы төбе мен тау жоталары — қолайлы нүктелер, себебі төбеде жел жылдамдығы жазыққа қарағанда жоғары болады.
- Қондырғылар арақашықтығы: бірнеше турбина орнатылса, олардың арасы мұнара биіктігінен кемінде 5 есе үлкен болуы керек, әйтпесе бір-біріне кедергі келтіреді.
Жел жылдамдығы артқан сайын ауа ағысы турбулентті болуы мүмкін: ауа қабаттары ретсіз араласып, үйірімдер пайда болады. Бұл жел энергиясын тиімді пайдалануды төмендетіп, жабдықтың тозуын жылдамдатуы ықтимал. Сондықтан мұнараны биігірек орнату турбуленттілікті азайтып, жел жылдамдығын арттыруға көмектеседі.
Жел қуаты жел жылдамдығының кубына тура пропорционал. Биіктік айырмасы нәтижеге айтарлықтай әсер етеді: мысалы, 30 метр биіктіктегі турбина 10 метр биіктіктегі турбинаға қарағанда тиімдірек жұмыс істеуі мүмкін.
Жел жылдамдығын өлшеу үшін вертикаль оське бекітілген тостағанша (шыныаяқ) түріндегі анемометр қолданылады; айналым саны электрондық құрылғы арқылы тіркеледі. Жел бағытын анықтауға арналған аспап ретінде флюгер пайдаланылады. Қосымша жанама тәсіл ретінде өсімдіктер мен ағаштардың жел әсерінен қалыптасқан пішінін бақылауға болады.
Климаттық жағдай, қажетті энергия мөлшері, орташа жел жылдамдығы және нақты орын анықталған соң, өндіруші компаниялар ұсынған техникалық параметрлермен салыстырып, жел генераторының сәйкес моделін таңдауға болады.
Әлемдік үрдіс және Қазақстан үшін мәні
Жел энергетикасының дамуы ұзақ уақыт бойы қарқынды өсім көрсетті: мысалы, 2005 жылғы 31 желтоқсанда дүниежүзілік жел энергетикасының орнатылған қуаты 58 982 МВт болғаны туралы дерек келтіріледі. Осындай өсім жағдайында Қазақстан үшін де жел энергетикасын дамыту — стратегиялық маңызды бағыт.