ОЦЕНКА ОБЕСПЕЧЕННОСТИ ТЕРРИТОРИИ РЕСПУБЛИКИ ХАКАСИЯ (РХ) РЕСУРСАМИ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ (ВИЭ)

Половников Д.А.¹, Ельникова В.Ю.²

¹Магистрант, Хакасский Государственный Университет им. Н.Ф. Катанова; ²Старший преподаватель каф. «Электроэнергетика» Хакасский технический институт – филиал СФУ

ОЦЕНКА ОБЕСПЕЧЕННОСТИ ТЕРРИТОРИИ РЕСПУБЛИКИ ХАКАСИЯ (РХ) РЕСУРСАМИ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ (ВИЭ)

Аннотация

В статье рассмотрен метод расчета оценки обеспеченности территории ресурсами ВИЭ. Составлены карты распределения солнечной и ветровой энергии. Приведена оценка потенциала областей для решения прикладных задач по использованию установок солнечных батарей и ветрогенераторов как объектов распределенной генерации. Приведены снимки программы-учебника, составленного для обучения расчетам потенциалов возобновляемых источников.

Ключевые слова: ВИЭ, Республика Хакасия, электронное пособие, энергетика.

Polovnikov D.A.¹, Elnikova V.Y.²

¹Magistrant, Khakas State University named after N.F. Katanova.;²The senior teacher of the Chair The "Power" of Hakas technical institute-a branch of FMS

THE AMOUNT ESTIMATING OF RENEWABLE ENERGY SOURCES IN THE KHAKASS REPUBLIC

Abstract

The article describes calculation method adequacy of the territory in renewable electricity. We have mapped the distribution of solar and wind energy. We evaluated the potential installations areas of solar panels and wind turbines. Also in the paper we show screenshots of the program, which is capable of self-learning for the potential calculation.

Keywords: renewable electricity, Khakass Republic, program for self-learning, energy.

Введение

Актуальность работы. Актуальность данного проекта связана, прежде всего, с выполнением программы по энергосбережению и повышению энергоэффективности в РХ для территорий, которые находятся в зоне децентрализованного электроснабжения. Эти регионы отличаются достаточно дисперсным характером расселения людей. Как правило, они оторваны от Единой системы энергоснабжения страны. Многие из территорий имеют весьма высокую значимость экосистемы и ее уязвимость к антропогенным влияниям. При использовании  ВИЭ антропогенная нагрузка значительно снизится из-за вытеснения традиционных установок. Данная  идея целиком соответствует "Основам государственной политики в области экологического развития Российской Федерации на период до 2030 года".

Под возобновляемые источники электроэнергии отводятся достаточно большие площади. Это специфика их как ресурса. ВИЭ имеют низкую плотность и непостоянство потока энергии. Отведение земель под энергетические комплексы ВИЭ связано с весьма щадящим воздействием на растительный и почвенный покров, в сравнении с промышленными зонами атомных и тепловых электростанций. При использовании ВИЭ в децентрализованных зонах энергоснабжения возрастает их актуальность. Проекты, связанные с ветровой и солнечной энергетикой могут обходиться дешевле, чем проекты, связанные с традиционной энергетикой.

1 Создание региональной геоинформационной системы по возобновляемым источникам энергии

Начальный этап: Для комплексной оценки возможности использования на территории РХ ВИЭ необходимо оценить их ресурсы. Для достижения этой цели в данной работе будет использован картографический метод.

Картографический метод исследования - метод исследований, основанный на получении необходимой информации с помощью карт для научного и практического познания изображенных на них явлений [2].

Также стоит отметить, что на имеющихся, на данный момент картах,  Республика Хакасия, как правило, отмечена как одна область с одними параметрами.

Первоначально необходимо определить границы изучаемой территории, ее приблизительный ландшафт, а также границы регионов.

В данной работе использована подробная карта РХ (рисунок 1.1), на которой обозначены: населенные пункты, ландшафт, границы областей, площадь и население регионов (на 1997г).

Рисунок 1.1 -  Карта РХ

 

1.1 Получение данных для оценки ресурсов ВИЭ (комплекс метеорологических и актинометрических данных) по ветровой энергии и солнечной энергии

Для исследования необходимо выбрать на карте характерные точки [3].

Рисунок 1.1.1 - Карта РХ с характерными точками

 

Далее следует определить характеристики  ветропотока и солнечной интенсивности. Для данной цели будут использованы ресурсы интернет, а именно, проект «RETScreen» [4].

Переход к современным методам регистрации метеорологических данных привел к созданию климатической информации. На сегодняшний день существует значительное число таких баз данных.

Информация примерно по тысяче метеостанций содержится в программных продуктах RETScreen (Канада). Следует отметить, что любое, претендующее на охват значительных территорий расчетное исследование установок, использующих энергию солнца и ветра в качестве «побочного» продукта, приводит к накоплению структурированных климатологических данных.

Большие возможности для проектирования открываются в связи с тем, что исследования NASA находятся в открытом доступе и доступны для использования. А ввиду их постоянного обновления – данный выбор является оптимальным.

На основе полученных данных составляются таблицы распределения ресурсов ветровой и солнечной энергетики по РХ, а также карты распределения.

 

Таблица 1.1.1 - Скорость ветра и солнечная радиация для характерных точек

	Долгота
Широта		87,5	88	88,5	89	89,5	90	90,5	91	91,5	92
	55,5	3,7	3,7	3,7	3,6	3,6	3,53	3,53	3,47	3,47	3,43
	54,5	3,9	3,83	3,83	3,77	3,77	3,63	3,63	3,53	3,53	3,43
	53,5	4,1	3,97	3,97	3,87	3,87	3,73	3,73	3,57	3,57	3,43
	52,5	4,2	4,1	4,1	3,97	3,97	3,8	3,8	3,6	3,6	3,43
	51,5	4,23	4,13	4,13	4	4	3,87	3,87	3,63	3,63	3,4
	Долгота
Широта		87,5	88	88,5	89	89,5	90	90,5	91	91,5	92
	55,5	3,1	3,06	3,06	3,06	3,06	3,07	3,07	3,07	3,07	3,07
	54,5	3,14	3,01	3,01	3,01	3,01	3,13	3,13	3,13	3,13	3,15
	53,5	3,26	3,17	3,17	3,17	3,17	3,27	3,27	3,27	3,27	3,23
	52,5	3,34	3,31	3,31	3,31	3,31	3,33	3,33	3,33	3,33	3,33
	51,5	3,4	3,45	3,45	3,45	3,45	3,63	3,63	3,63	3,63	3,67

   

1.2 Расчет валового и  технического потенциалов ВИЭ районов РХ

Для последующих расчетов необходимо определить энергетические потенциалы районов.

Количественной характеристикой ВЭП в заданном пункте является средняя месячная, сезонная или годовая удельная мощность ветрового потока Р₀ (Вт/м²), наиболее точно рассчитываемая на основе функции распределения ветра по скоростям, определяемой в виде аналитических функций f(V):

        (1.2.1)

ρ - плотность воздуха, равная 1,225 кг/м куб на уровне моря при атмосферном давлении 760 мм рт. Ст. и температуре 15  С,  V-скорость ветра (м/с)

По принятым в инженерной практике формулам рассчитаны потенциалы ветровой и солнечной энергии, представленные в табл.1.2.1.

Нормализация исходных показателей позволяет преодолеть их разноразмерность, сохранив те же соотношения между видами ресурсов по различным районам. Нормированные значения (a_ij) удельного потенциала ресурсов рассчитываются по формуле:

          (1.2.2)

где   n - количество территориальных единиц,

m - количество показателей потенциала ресурсов (x_ij),

x_jo - наименьшее значение (по каждому показателю ресурсов) из всех регионов,

x_jmax- наиболее отличающееся от x_oj значение показателя [1].

Важным представляется характеристика общей обеспеченности территориальных единиц ресурсами ВИЭ. Для этого предлагается определить суммарные значения по всем удельным нормированным потенциалам (УНП) ресурсов по отдельным видам возобновляемых источников энергии.

Величина

           (1.2.3)

была названа  «Суммарный удельный нормированный потенциал» (CУНП).

Далее, на основе полученных данных, составляем таблицу 1.2.1

 

Таблица 1.2.1 - Вычисление потенциалов

Wв - удельный валовый потенциал ветровой  энергии территории, Pуд – удельная мощность ветрового потока, Wвр -  удельный технический потенциал ресурсов ВИЭ на 1 человека данной территории, (a1,a2) - нормированные значения удельного потенциала ресурсов, Ео – среднее дневное значение солнечной радиации (кВт*ч/м²), Еуд – среднее годовое значение солнечной радиации,   Карта с распределением суммарного удельного нормированного потенциала ВИЭ по регионам РХ представлена на рис. 1.2.1.

Рисунок 1.2.1 – Карта РХ с распределением суммарного удельного нормированного потенциала ВИЭ

  Проведенные расчеты позволяют сделать вывод о потенциале использования ресурсов ВИЭ на территории РХ.

Литература

1. Нефедова Л.В. Метод регионального анализа ресурсов ВИЭ на основании расчета показателя суммарного удельного нормированного потенциала /Теплоэнергетика, 2008, № 12, с. 2-5.
2. Попель О.С., Фрид С.Е., Коломиец Ю.Г., Киселева С.В., Терехова Е.Н. Атлас ресурсов солнечной энергии на территории России. – М.: ОИВТ РАН, 2010. 84 С.
3. Административная карта республики Хакасия [Электронный ресурс] URL: http://khakasiya-map.ru/1420133.html (дата обращения 07.04.2013).
4. Surface meteorology and Solar Energy . A renewable energy resource web site (release 6.0). Sponsored by NASA's Earth Science Enterprise Program [Электронный ресурс] URL: http://eosweb.larc.nasa.gov/sse/RETScreen/ (дата обращения 12.02.2013).

References

1. Nefedova L.V. Metod regional'nogo analiza resursov VIJe na osnovanii rascheta pokazatelja summarnogo udel'nogo normirovannogo potenciala /Teplojenergetika, 2008, № 12, s. 2-5.
2. Popel' O.S., Frid S.E., Kolomiec Ju.G., Kiseleva S.V., Terehova E.N. Atlas resursov solnechnoj jenergii na territorii Rossii. – M.: OIVT RAN, 2010. 84 S.
3. Administrativnaja karta respubliki Hakasija [Jelektronnyj resurs] URL: http://khakasiya-map.ru/1420133.html (data obrashhenija 07.04.2013).
4. Surface meteorology and Solar Energy . A renewable energy resource web site (release 6.0). Sponsored by NASA's Earth Science Enterprise Program [Jelektronnyj resurs] URL: http://eosweb.larc.nasa.gov/sse/RETScreen/ (data obrashhenija 12.02.2013).