ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ МАЛЫХ

231 
 
В  настоящий  период  в  связи  с  переходом  на  рыночные  отношения    обеспечение  электроэнергией 
населения  отдаленных,  труднодоступных  и  небольших    поселков,  селений  и  аулов  в  Казахстане  из 
централизованной  сети  становится  экономически  невыгодным.  Установка  и  эксплуатация  линий 
электропередач  для  таких  потребителей  слишком  дорога  и  не  окупается.  Получение  электроэнергии  с 
помощью  автономных  дизельных  или  бензиновых  генераторов  также  имеет  ряд  сложностей,  основные  из 
которых – высокая стоимость топлива и его подвоз к потребителю.  
В  связи  с  создавшейся  ситуацией  в  последнее  время  вновь  появился  интерес  к  нетрадиционным 
источникам  электроэнергии,  особенно  ветровым  и  солнечным  источникам.  Они  не  требуют 
транспортировки  энергоносителей,  достаточно  просты  конструктивно,  надежны  в  работе,  экологически 
безвредны.  Кроме  того  повышения  тарифов  по  оплате  электроэнергии,  подаваемой  по  централизованной 
сети,  причем  тарифы  резко  возрастают  при  снабжении  небольших  и  отдаленных  объектов,  для  которых 
необходимо  проводить  и  эксплуатировать  отдельную  линию  электропередач.  Также  в  последнее  время 
наблюдается  срыв  поставок  электроэнергии  из-за  износа  оборудования  электростанций,  отсутствия    у  них 
финансовых средств на покупку энергоносителей и ремонт оборудования.  
Основными  недостатками  ветроустановок  являются  сложность  создания  сверхкрупных  установок  с 
мощностью более 1000 кВт, получение электроэнергии с нестабильными характеристиками, что объясняется 
непостоянством  силы  и  направления  ветра.  Выбор  малой  мощности  энергоустановки,  использующей 
энергию  ветра,  является  вполне  оправданным  для  снабжения  электроэнергией  небольших  отдаленных 
объектов.  
В общем случае всемногообразие ветроэнергетические установки (ВЭУ) можно подразделить на две 
большие группы: 
-  ветроустановки  (ВУ),  использующие  силу  лобового  давления  (барабанные,  многолопастные  
горизонтально-осевые, карусельные, роторы Савониуса, парусные и т.д.); 
-  ветроустановки,  использующие  аэродинамическую  подъемную  силу  (роторы  Дарье,  быстроходные 
горизонтально-осевые ВУ). 
ВЭУ  первой  группы  –  имеют  коэффициент  использования  энергии  ветра  значительно  ниже,  чем 
установки  второй  группы,  что  будет  рассмотрено  дальше.  Они  тихоходные,  так  как  ветроприемное 
устройство не может двигаться со скоростью, превышающей скорость ветра V. Но самое главное они очень 
плохо  поддаются  регулированию,  а  это  большой  недостаток  и  вот  по  какой  причине  [2].  Известно,  что 
мощность, которую несет ветровой поток определяется выражением: 
3
1
N
V F
2
     (1) 
где V=1,25 кг/м
3
 – плотность воздуха при нормальных атмосферных условиях; v- скорость ветра; F – 
площадь, через которую этот ветровой поток проходит (ометаемая площадь). 
Если на пути этого ветрового потока поставить какое либо ветроприемное устройство, то мощность, 
отбираемая этим устройством, определится из выражения: 
3
P
1
N
C
V F
2
   (2) 
где  С
P
  -  коэффициент  использования  энергии  ветра  или  коэффициент  мощности.  Величина 
коэффициента  мощности  определяет  ту  часть  энергии,  которую  возможно  отобрать  у  ветрового  потока 
данным ветроприемным устройством. Для ВУ первого типа коэффициент использования энергии обычно не 
превишает С
P
<0,1, Для установок второго типа С
P
=0,3….0,45. 
Из выражения (1) видно, что мощность, создаваемая ветровым потоком, пропорциональна  скорости 
ветра  в  кубе,  то  есть  увеличение  скорости  ветра,  например,  в  два  раза  приводит  увеличению  мощности  в 
восемь раз. 
Эту  мощность  необходимо  как-то  ограничивать.  Анализируя  выражение  (2),  видно,  что  это 
ограничение  возможно  добиться  либо  уменьшением  коэффициента  мощности  С
Р
,  либо  уменьшением 
ометаемой  площади  F.  На  практике  это  осуществляется  изменением  угла  атаки  лопастей  (разворачивание 
лопастей)  или  уводом  всего  ротора  (ветроколеса)  из-под  ветра.  Для  установок  мощностью  более  1  кВт 
предпочтение,  как  правило,  отдается  регулированию  С
Р
.  Во  втором  случае,  при  уводе  ротора  вверх  или  в 
сторону, одновременно также возникают гироскопические моменты, вызывающие дополнительные нагрузки 
на главный вал трансмиссии и усложняется конструкция ВЭУ. 
К  ВУ  второй  группы  относятся  вертикально-осевые  роторы  Дарье  и  классические  горизонтально-
осевые  ВЭУ.  При  неоспоримых  достоинствах  роторов  Дарье  (силовая  трансмиссия  и  электрогенератор 
располагаются,  как  правило,  на  земле,  отсутствие  механизма  ориентации  на  ветер)  им  присущи  и 
существенные  недостатки,  ограничивающие  их  широкомасштабное  использование.  К  этим  недостаткам 
относятся  более  низкое  значение  коэффициента  использования  энергии  ветра,  что  в  сам  ротор  постоянно 
находятся  в  состоянии  сложных  знакопеременных  динамических  воздействий,  которые  в  конечном  итоге 
ведут к усталостным разрушениям элементов ВЭУ и в первую очередь их опорных подшипников. 

232 
 
Любое  место,  где  предполагается  установить  ВУ,  характеризуется  среднегодовым  значением 
скорости  ветра  V
ср.
  Среднегодовая  скорость  ветра  характеризует  местность  в  плане  ее  перспективности 
генерации энергии при помощи ВЭУ. Но если ее принять за расчетную (номинальную), по которой ведется 
прочностной расчет ВУ и подбирается мощность электрогенератора или насоса, то мы просто отбросим всю 
энергию, которая вырабатывается при скоростях ветра, превышающие значение V
ср
 (рис.1)  
 
 
 
 
 
Рис.1  Среднегодовая скорость ветра 
 
Из  практического  опыта  и  литературных  источников  было  принято,  что  эта  скорость  ветра, 
называемая расчетной или номинальной V
н
 должна находится в пределах:  
 
V
н
= (1,25’2) V
ср
,        (3) 
Причем  нижнее  значение  этого  диапазона  (1,25)  характерно  для  ВЭУ,  используемых  в  сельском 
хозяйстве для выполнения механической работы и участвующие в каком-то технологическом процессе. Для 
таких ВУ более важно функционирование большее число дней в году, чем уменьшение годовой выработки 
за счет недоиспользования скоростей ветра, превышающей V
н
[3]. 
Для  ветроэлектрических  установок,  которые  предназначены  для  выработки  электроэнергии,  а  тем 
более имеющих накопитель энергии в виде аккумуляторных батарей (АБ), основной задачей является снять 
как  можно  больше  энергии  с  ветрового  потока  за  определенный  период  времени.  Поэтому  в  таких  ВЭУ 
значение коэффициента при  V
ср
 принимается ближе к 2. 
Коэффициент использования установленной мощности, который показывает сколько процентов дней 
в году ВЭУ работает с установленной мощностью. Если для конкретного места ВЭУ выбрана правильно с 
учетом рекомендаций по выражению (3), то значение этого коэффициента лежит в пределах 0,25’0,3. Тогда 
за год ВЭУ выработает 
 
Q
г
 = (0,25’0,3)·8760·N
уст
,   (4) 
 
где  Q
г
 – годовая выработка электроэнергии; 
8760 – количество часов в году; 
N
уст 
 - установленная мощность ВЭУ. 
Как  указывалось  выше,  ветер  –  источник  энергии  непостоянный  и  непредсказуемый.  Чем  большая 
емкость АБ, тем более продолжительное время вы будете с электроэнергией при отсутствии ветра.   
Количество электроэнергии необходимое для работы электроприборов 
 
П
i i
E
N t
,   кВт·ч,   (5) 
 
где N
i
 – мощность электроприбора, в кВт; 
 t
i
 – необходимое время работы, в часах; 
Количество электроэнергии, которое может обеспечить АБ 
 
Е
А
=kUС,   кВт·ч,   (6) 
                                                       1000 
где k – к.п.д. АБ; 
U – напряжение АБ, в В; 
С – емкость АБ, в А·ч. 

233 
 
Тогда, соответственно, необходимая емкость АБ будет равна 
 
i i
N t
C
kU
, А·ч, (7)  
 
В  выражении  (7)  емкость  АБ  следует  скорректировать  с  учетом  того  факта,  что  кислотные  АБ,  как 
правило,  нельзя  разряжать  до  нуля.  Некоторые  типы  АБ  не  рекомендуется  разряжать  болем  чем  на  20% 
(обычные обслуживаемые автомобильные АБ). Некоторые допускают глубину разряда до 80% (герметичные 
необслуживаемые). 
Повысить  надежность  системы  можно  и  другим  путем:  установкой  паралельно  другого 
генерирующего  устройству,  например,  фотоэлектрических  батарей.  (ФЭБ).  Таким  образом,  зарядка    АБ 
будет происходить либо от ветра, либо от солнца, либо от обеих источников одновременно. При этом ВЭУ и 
ФЭБ, как источники электроэнергии,  дополняют друг друга в течении года (зимой больше ветра, а летом 
солнца). 
Для определения баланса произведенная ВЭУ электроэнергий может быть подсчитана по выражению 
(4), то с потребленная энергия расчитывается суммарной  величиной за конкретный  период. 
Затем  из выражения (4) легко определить установленню мощность энергоустановки (ВЭУ): 
г
уст
Q
N
(0, 25 0,3)8760
   (8) 
Если за месяц, тогда выражение для определения мощности ВЭУ примет вид: 
м
уст
Q
N
(0, 25 0,3)720
    (9) 
где Q
м
 – потребленная электроэнергия за месяц. 
В настоящее время  сооружение один километр воздушной линии электропередач (ЛЭП) стоит около 
20000 долларов. Сюда входит проект линии, КТП, столбы, провода и технические условия на подключение. 
Возобновляемые  источники  энергии    экологически  чисты,  не  требуют  для  своего  функционирования 
никакого  органического  топлива  и  особого  обслуживания,  за  счет  чего  резко  снижаются  их 
эксплуатационные затраты. Себестоимость одного киловатт часа энергии полученной, например, от ВЭС на 
порядок ниже, чем от бензинового агрегата – или дизельной станции соизмеримой мощности.  
Определяем  себестоимость  одного  киловатта  электроэнергии  для  малых  ветроустановок. 
Ветроэнергоустановка работает 10 лет, 300 дней в году по 20 часов в день, средняя выработка-1,5 кВт час. 
Стоимость- 400 тысяч тенге, текущие годовые расходы -5% от стоимости[4].  
Общая выработка электроэнергии; 
Э
1
 = 1,5х20х300х 10=90 000 кВт. 
Общие расходы; 
Р
1 = 
400 000х (1 + 0,05·10) = 600 000 тенге. 
Себестоимость; 
С
1
 = 600 000 / 90 000 = 6,7 тенге/кВт-час.
 
Приведенные  расчеты  показывают,  что  применение  ветроэнергоустановок  даст  ощутимый 
экономический  эффект  для  потребителя,  следовательно,  установка  будет  иметь  достаточно  устойчивый 
спрос на рынке[5].  
Ключевые  слова:  возобновляемая  энергетика,  ветроэнергетика,  удельная  длина  линий 
электропередач, роторы Савониуса, роторы Дарье, коэффициент мощности ветра.  
 
Литература 
1.
 
Кадыржанов  А.  К.,  Комбаров  М.  Н.,  Мухамедиев  К.  Ш.  Проблемы  промышленного  освоения 
нетрадиционных  и  возобновляемых  источников  энергии  в Алматинской  энергосистеме. //Тезисы  докладов 
Республиканской конференции.– Алматы, – 1995. – 12.03. 
2.
 
Шихайлов М.О., Коханевич В.П. Что необходимо знать при приобретении ветроустановок? // Материалы 
Института возобновляемой энергетики НАН Украина. – Киев. – 2008.– 25.07. 
3.
 
Н.П.Фаворский, А.Ф.Сокиржинский. Гибридные ветро-солнечные системы для автономного и резервного 
энергообеспечения.  //  Материалы  Института  возобновляемой  энергетики  НАН  Украина.  –  Киев.  -  2008.– 
25.07. 
4.
 
Аскаров Е. Малая энергетика – перспективы возрождения // Промышленность Казахстана. 2006. – №4.(37).  
5.
 
Усаковский В.М. Возобновляемые источники энергии // М.; 1986. – С.68-73. 
 
 
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ 
 

234 
 
Немчанинова Т.Ю., Наурызбаев К.К., Бердалин Д., Мороз Б. 
Школа-гимназия №1 им. А.С. Пушкина, ЮКГУ им. М. Ауэзова, . Шымкент, Казахстан 
 
Спросите  сегодня    -  нуждается  ли,  наша  Земля  в  оздоровлении?  И  каждый  ответит  -  да!  За  годы 
существования  цивилизации,  человек  хищнически  относился  к  природе,  что  привело    к  крайнему 
обострению    экологической  ситуации  на  нашей  планете,  выразившееся    в    нарушении  ее  естественного 
природного равновесия. Изменились структура земной поверхности, состав биосферы, круговорот и баланс 
слагающих ее  веществ. Внесены  изменения в  биотику, в результате  истреблены некоторые виды, созданы 
новые породы животных и  сортов растений, произошли перемещения  их на новые места обитания и т.д. 
Изменился энергетический,  тепловой баланс отдельных  районов земного шара и всей планеты. 
Отсюда  вытекает  необходимость  пересмотра  отношения  человека  к  природе,  переосмысления 
последствий  вмешательства  человека  в  природную  среду.  На  первый  план  выдвигаются  вопросы  охраны 
природы, рационального использования, сохранения и воспроизводства природных ресурсов. 
Изменение    мирового  климата  наряду  с  исчерпаемостью  природных  ископаемых  приводит  к 
увеличению использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) с чистой энергией. Возобновляемая 
энергия  –  это  энергия,  производимая  природными  источниками,  которые  могут  восполняться,  такие  как 
энергия  ветра,  солнечная  фотогальваничекая  энергия,  концентраторная  солнечная  энергия,  энергия  воды, 
энергия океана и геотермальная энергия. 
Согласно  прогнозам  Европейского  совета  по  возобновляемой  энергетике,  доля  ВИЭ  (с  учетом 
крупных  ГЭС)  в  мировом  производстве  первичной  энергии  составит  в  2020 г.  23,6%,  в  2030 г.  –  34,7%,  в 
2040 г. – 47,7%. 
Доля  ветровой  энергии  в  производстве  электрической  энергии  в  мире  к  2020  году  составит  около 
10%, общая установленная мощность ветроустановок достигает 1200 ГВт. 
Производство жидкого топлива из биомассы к 2020 году возрастет более чем в 15 раз и достигнет 1 
трлн. литров в год. 
Мощность фотоэлектрических установок в мире к 2020 году достигнет 800 – 1000 ГВт 
Развитие  возобновляемой  энергетики  –  это  развитие  инновационных  направлений  в 
промышленности,  расширение  внутреннего  спроса  на  изделия  машиностроения,  а  также  расширение 
экспортных  возможностей.  Только  на  основе  расширения  внутреннего  спроса  возможно  устойчивое 
развитие  страны,  как  справедливо  утверждают  настоящие  экономисты  всех  общественных  формаций.  А 
также  развитие  возобновляемой  энергетики  означает  развитие  наукоемких  технологий  и  оборудования: 
метеорологии,  аэродинамики,  электроэнергетики,  теплоэнергетики,  генераторо-  и  турбостроения, 
микроэлектроники, силовой электроники, нанотехнологии, материаловедения и т.д. 
Развитие возобновляемой энергетики означает: повышение  экологической безопасности в локальных 
территориях,  т.е.  снижение  вредных  выбросов  от  электрических  и  котельных  установок  в  городах  со 
сложной  экологической  обстановкой,  в  местах  массового  отдыха  населения,  санитарно-курортных 
местностях и заповедных зонах. 
Возобновляемая энергетика стремительно развивается более, чем в 80 странах мира. 
Новые малые генерирующие установки на базе использования энергии ветра, воды, солнца и других 
возобновляемых  энергоресурсов,  которые  вводятся  последние  десятилетия,  вносят  все  больший  вклад  в 
генерацию электроэнергии непосредственно у потребителей.  
 Республика  Казахстан  является  участником  Рамочной  конвенции  ООН  по  изменению  климата, 
которую  она  ратифицировала  в  1995г.  В  соответствии  с  Рамочной  Конвенцией  (РКИК  ООН)  Казахстан 
имеет  обязательства  по  выполнению  программ,  связанных  со  снижением  выбросов  в  атмосферу 
«парниковых газов» (ПГ), ответственных за происходящее глобальное потепление климата Земли. Одним из 
путей снижения выбросов ПГ является замещение традиционных источников энергии в виде нефти, угля и 
газа,  возобновляемыми  источниками  энергии,  такими  как  гидро,  ветро  и  солнечная  энергии,  ресурсами 
которых так богат Казахстан.  
9  февраля  2011  года,  в  г.  Астане  Программа  развития  ООН  в  Казахстане  и  ОЮЛ  «Казахстанская 
электроэнергетическая  ассоциация»  подписали  Меморандум  о  сотрудничестве  в  области  развития 
возобновляемых  источников  энергии  (ВИЭ)  в  Казахстане.  Эту  дату  можно  считать  отправной  точкой, 
началом  деятельности  Комитета  по  Возобновляемым  Источникам  Энергии  «ОЮЛ  Казахстанская 
Энергетическая Ассоциация».  
Принят план мероприятий по развитию альтернативной и возобновляемой энергетики в Казахстане на 
2013-2020 годы. Ряд областей  уже сейчас активно  включились  в развитие проектов по ВИЭ. Например, на 
горных  речках  Алматинской  области  было  введено  в  эксплуатацию  5  малых  ГЭС  с  общей  установленной 
мощностью  порядка  20  МВт.  В  Костанайской  и  Северо-Казахстанкой  областях  построены  первая  в 
Казахстане биогазовая установка и ветроэлектростанция мощностью 1,5 МВт. "Самрук-Энерго" планирует в 
текущем  году  начать  строительство  первого  этапа  Ерейментауского  ветропарка  мощностью  45  МВт. 
Перспективные  проекты  :ветропарки  в  Алматинской,  Актюбинской,  Павлодарской,  Мангистауской, 

235 
 
Костанайской областях; малые ГЭС в южных областях и Восточном Казахстане; солнечные электростанции 
в Алматинской, Жамбылской и Кызылординской областях. 
В связи с этим перед нами школьниками стоят большие задачи по участию в реализации  программы 
внедрения альтернативных источников энергии  в  нашей республике. 
Ученики  нашей  школы  стали  участниками  Центрально-Азиатской  конференции  SPARE/ШПИРЭ  по 
образованию  для  энергоснабжения  и  смягчения  последствий  глобального    изменения  климата. 
Организатором  конференции  2010  выступил  Центр  по  экологическому  образованию  «Эко  Образ»(г. 
Караганда).  70  участников  из  разных  уголков  СНГ.  Каждая  страна  участница,  школа  проводили  мастер-
класс,  презентовали  собственную  деятельность  по  созданию  альтернативных  источников    (ветрячки, 
солнечный зонтик, солнечная бутылка и т.п.).  
Самодельная      модель  паровой  турбины  послужила  идеей  создания    локального  комплекса, 
работающего на ВИЭ:  
- из животноводческой фермы  поступает сырье-навоз в специальную емкость для сбора;  
- жидкая биомасса закачивается с помощью насоса в  подогреваемый резервуар;  
 -  газ  скапливается  в  хранилище  и  через    трубопровод    поступает  к    турбине,  которая  приводит  в 
действие электрогенератор; 
-часть вырабатываемой энергии поступает вновь к реактору, остальная к  
потребителям. 
 
 
 
 

жүктеу/скачать 5,62 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: