L международная выставка-презентация
научных, технических, учебно-методических и литературно-художественных изданий
Энергия солнца и ветра в Краснодарском крае, условия ее утилизации
| Группа | Научная литература |
|---|---|
| Область науки | Технические науки |
| Название на русском языке | Энергия солнца и ветра в Краснодарском крае, условия ее утилизации |
| Авторы на русском языке | Дробышев А.Д. |
| Название на английском языке | Solar and wind energy in the Krasnodar region, the conditions of its utilization |
| Авторы на английском языке | Drobyshev A.D. |
| Вид издания на русском языке | монография |
| Издательство на русском языке | СПб.: РГГМУ, 2014. – 276 с. |
Резюме
Для экономики страны энергетика является базовой отраслью. Поэтому экономическое развитие должно сопровождаться увеличением производства энергии. Однако традиционные способы ее получения за счет углеводородных ресурсов по ряду причин ограничены. К таким причинам относятся рост народонаселения, истощение и удорожание топливных ресурсов, ухудшение экологического состояния окружающей среды и др. В связи с этим целесообразно переходить на развитие альтернативой энергетики, основанной на использование различных источников энергии, в том числе возобновляемых (ВИЭ). Постепенное замещение ими углеводородов позволит экономить топливные ресурсы и улучшать экологическое состояние окружающей среды. Для исследуемой территории Кубани, которая является ведущим аграрным, промышленным и курортным районом России, эта цель является особенно важной. В работе дана количественная оценка возможного вклада ветра и солнца в общий энергобаланс региона. Выбор этих источников энергии не случайный. Именно они, по сравнению с другими ВИЭ, обладают на Кубани большой энергоемкостью и имеют широкое распространение по территории.
Наиболее сильные и устойчивые ветры в регионе наблюдаются на побережье Азовского и Черного морей до г. Туапсе. Их среднегодовые скорости на высоте 10 м над землей выше 5 м/с, причем, в холодное полугодие они больше на 20-50 %, чем в теплое время года. Учитывая особенности ветрового режима равнинной части Кубани, утилизацию энергии ветра здесь оптимально производить с использованием ветроэнергетических агрегатов (ВЭА) средней мощности. Например, ВЭА типа ES 1501-2, установленной мощностью 37 кВт. В этом случае суммарная плотность утилизируемой ветровой энергии на побережье составит в среднем 3,8 млн. кВт часов в год с одного квадратного километра площади.
Солнечная энергия слабо меняется по территории и зависит, главным образом, от облачности и прозрачности атмосферы. Анализ результатов расчета приводит к выводу, что суммарная плотность утилизируемой солнечной энергии с помощью солнечных батарей (СБ) оказывается равной 210 млн. кВт часов с одного квадратного километра. Она в 54 раза превосходит суммарную плотность ветровой энергии. Однако такое большое различие между суммарной ветровой и солнечной энергии, утилизируемой с единичной площади (1 км2), не связано с величинами удельной мощности ветра и солнца. Оно объясняется тем, что ветровой поток в пределах рассматриваемой территории обладает реальной (восстановленной) энергией не на всей ее площади, а в 44 раза меньшей.
В результате проведенных исследований установлено, что с целью повышения эффективности использования энергии атмосферы ее целесообразно утилизировать одновременно с помощью ВЭА и СБ. Для реализации проекта замещения традиционной энергии альтернативной для 1% населения равнинной территории края (15788 человек), достаточно привлечь 360 ветровых установок типа ES 1501-2 и 58376 м2 солнечных батарей общей полезной мощностью 4233 кВт. Такие солнечно-ветровые энергетические мощности позволят утилизировать более 37 миллионов кВт∙ч альтернативной энергии, обеспечив годовую «норму» энергообеспечения 15910 жителей. Срок окупаемости данного проекта составит около 14 лет. В результате его реализации ежегодно будет экономиться 4557 тонн условного топлива, а также предотвращаться выбросы в атмосферу в количестве 28-46 тысяч тонн углекислого газа, 1,5-2,6 тысяч тонн сажи и пепла и 300-600 тонн двуокиси серы и окиси азота.
Abstract
For the country's economy, energy is a basic industry. Therefore, economic development must be accompanied by an increase in energy production. However, traditional methods of its production due to hydrocarbon resources are limited for a number of reasons. Such reasons include population growth, depletion and rise in the cost of fuel resources, environmental degradation, etc. In this connection, it is advisable to switch to the development of an energy alternative based on the use of various energy sources, including renewable energy (RES). The gradual replacement of hydrocarbons with them will allow saving fuel resources and improving the ecological state of the environment. For the studied territory of the Kuban, which is the leading agricultural, industrial and resort area of Russia, this goal is particularly important. The paper gives a quantitative assessment of the possible contribution of wind and sun to the overall energy balance of the region. The choice of these energy sources is not accidental. They, in comparison with other renewable energy sources, have high energy intensity in Kuban and are widely distributed throughout the territory.
The strongest and most stable winds in the region are observed on the coast of the Azov and Black Seas to the city of Tuapse. Their average annual speeds at a height of 10 m above the ground above 5 m/s, and, in the cold half year, they are 20-50% more than in the warm season. Taking into account the peculiarities of the wind regime of the flat part of the Kuban, wind energy is optimally produced here using wind power units (WEA) of average power. For example, VEA type ES 1501-2, installed capacity of 37 kW. In this case, the total density of utilized wind energy on the coast will amount to an average of 3.8 million kWh per year per square kilometer.
Solar energy varies little over the territory and depends mainly on cloudiness and transparency of the atmosphere. Analysis of the calculation results leads to the conclusion that the total density of utilized solar energy using solar cells (SB) is equal to 210 million kW hours per square kilometer. It is 54 times the total density of wind energy. However, such a large difference between total wind and solar energy utilized from a single area (1 km2) is not related to the values of the specific power of wind and sun. It is explained by the fact that the wind flow within the territory under consideration has real (recovered) energy not 44 times less than its entire area.
As a result of the conducted research, it was established that in order to increase the efficiency of atmospheric energy use, it is advisable to dispose of it simultaneously with the help of BEA and SAT. To implement the project of replacing traditional energy with alternative for 1% of the population of the flat territory of the region (15788 people), it is enough to attract 360 wind installations of type ES 1501-2 and 58376 m2 of solar batteries with a total useful capacity of 4233 kW. Such solar-wind energy capacities will allow utilizing more than 37 million kWh of alternative energy, providing an annual "standard" of energy supply for 15910 residents. The payback period of this project will be about 14 years. As a result of its implementation, 4557 tons of standard fuel will be saved annually, and emissions to the atmosphere in the amount of 28-46 thousand tons of carbon dioxide, 1.5-2.6 thousand tons of soot and ash and 300-600 tons of sulfur dioxide and nitrogen oxide will be prevented.
МЕДАЛЬ «ЗА ВЕРНОСТЬ ТРАДИЦИЯМ ОТЕЧЕСТВЕННОГО ОБРАЗОВАНИЯ» С УДОСТОВЕРЕНИЕМ