Энергетика Северного и Центрального Казахстана - Нетрадиционные возобновляемые источники энергии

Северный и Центральный Казахстан располагает определенными ресурсами нетрадиционных источников энергии. На его территории термальные воды с температурой воды от 20 до 50°С обнаружены в северной части Павлодарской, Кокчетавской и Северо-Казахстанской областей [31]. По данным [12], такие воды могут быть использованы в основном для теплохладоснабжения, обогрева почвы и частично для обогрева парников и теплиц. Для практического освоения источников термальных вод этого района необходимо проведение дальнейших научно-исследовательских и других работ.
Часть территории региона расположена между 45 и 50° северной широты, продолжительность солнечного сияния здесь в основном 2600—3000 ч, годовое поступление энергии — 1700— 1900 кВт-ч/м³. По данным [12], в обозримой перспективе солнечная энергия может быть использована для отопления, горячего водоснабжения, охлаждения, опреснения воды, обогрева теплиц, а также для преобразования ее в электрическую. Для успешного использования энергии солнца на территории рассматриваемого региона должны быть проведены широкомасштабные научно-исследовательские и проектные проработки.
В Северном и Центральном Казахстане некоторые районы характеризуются значительными ветроэнергетическими ресурсами и могут оказаться перспективными для использования энергии ветра в различных отраслях хозяйственной деятельности. Основная, наиболее перспективная область ветроиспользования — создание крупных ветроэнергетических комплексов, входящих в энергосистемы с целью экономии топливных ресурсов. Однако в настоящее время в подавляющем большинстве случаев ветроустановки используются для индивидуальных потребителей (водоснабжение, ирригация, энергообеспечение опреснительных установок и др.). Наиболее эффективным может оказаться использование энергии ветра для отопления и горячего водоснабжения, поскольку в холодное время года скорость ветра возрастает.
Для количественной оценки ветроэнергетических ресурсов были использованы данные наблюдений по всем метеостанциям за 10-летний период. Из общего количества 130 метеостанций на 13 среднегодовые скорости оказались менее 3 м/с, на 69 — в пределах 3—4 м/с и на 48—выше 4 м/с. Наибольшие среднегодовые скорости ветра (5,5—6,5 м/с) наблюдаются в зонах Аркалыка и Ерментау.
Оцениваются общие ресурсы энергии ветра с помощью величины удельной среднегодовой энергии, т. е. энергии, приходящейся в течение года на 1 м² поперечного сечения ветрового потока. Этот показатель рассчитывался по данным о среднегодовых повторяемостях скоростей ветра, установленным на основе обработки наблюдений за 10-летний период.
Расчеты показали, что около 50 метеорологических станций характеризуются удельной энергией менее 1000 кВт-ч/м². Наибольшие запасы энергии ветра (более 2000 кВт-ч/м²) сосредоточены в районах, характеризуемых данными метеостанций: Аркалык — 4400 кВт-ч/м², Державинка — 2300; Амангельды — 2000; Степногорек—2100 (Тургайская область); Ерментау (Целиноградская область)—3600 кВт-ч/м²; свх. Краснокутский — 2319, свх. Олентинский — 4300, Баянаул — 2400 (Павлодарская область); Джетыгара — 2400 (Кустанайская область).
В Джезказганской области максимальные ветроэнергетические ресурсы сосредоточены в районах Улутау — 700 кВт-ч/м², свх. Айнабулакский— 1300; в Карагандинской области: Молодежная — 2000 кВт-ч/м², свх. им. Абая — 1300; в Кокчетавской: Кзылту—1900 кВт-ч/м²; Северо-Казахстанской — свх. «Восток»— 1600.
При решении практических вопросов ветроиспользования следует учитывать, что вся энергия ветрового потока может быть утилизирована. В силу особенностей процесса преобразования энергии ветра в ветроустановках часть ее теряется при прохождении ветрового потока через ветроколесо, энергия больших скоростей ветра используется лишь частично, так как вступает в работу система регулирования, предохраняющая ветроустановки от перегрузок, и т. д.
Для ориентировочной оценки возможной выработки электроэнергии ветроэлектрическими станциями в двух наиболее перспективных для ветроиспользования зонах были выполнены соответствующие расчеты.
Аркалыкская возвышенность расположена в западной части Казахского мелкосопочника. Для расчетов взята северная окраина горного массива, ветроресурсы характеризуются данными метеостанций Аркалык. Примерная площадь для размещения ветроэнергетических установок — около 3,4 тыс. км². Горы Ерментау расположены на севере Центрально-Казахстанского мелкосопочника. Площадь ветроустановки принята равной 2,1 тыс. км². Ветроресурсы характеризуются данными метеостанций Ерментау.
При расчетах предполагалось, что на рассматриваемых территориях установлены ветродвигатели с диаметром ветроколеса 100 м, высотой башни 100 м, мощностью 3 МВт.
В первом варианте расчетная скорость ветра принята равной 11 м/с, скорость ветра, при которой ветродвигатель вступает в работу,— 4,5 м/с, предельная скорость, при которой происходит остановка ветродвигателя,— 24 м/с. Во втором варианте при тех же параметрах ветродвигателя принято соответственно 23,0, 4,5 и 36 м/с.
Площадь поверхности земли, приходящаяся на один ветродвигатель, равна 1 км².
Результаты по первому варианту расчетов показывают, что при освоении ветроэнергоресурсов зоны Ерментау и Аркалыка можно получить соответственно 19 и 37 млрд. кВт-ч энергии. При увеличении расчетной и предельной скоростей ветра (второй вариант расчетов) выработка возрастает соответственно до 110 и 130 кВт-ч, что даже превышает потребности Казахстана.
Таким образом, можно заключить, что ветроэнергетические ресурсы некоторых зон Центрального Казахстана весьма большие и даже их частное использование может внести существенный вклад в энергетический баланс региона.