Василий Сташко - Энергетика глазами молодых (сборник)

© ООО «МЦ ЭОР», 2017

© С. О. Хомутов, В. Я. Федянин, И. А. Гутов, В. И. Сташко, 2017

Аджиков Х. Ф. – студент группы. Э-32, Лунин Г. М. – студент группы МСТУ-41, Бахтина И. А. – к.т.н., доцент РФ, Алтайский край, г. Барнаул, ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова» КГБПОУ «Алтайский архитектурно-строительный колледж»

После мирового энергетического кризиса в 70-х годах прошлого столетия началось развитие нетрадиционной и возобновляемой энергетики. В настоящее время суммарная мощность действующих энергоустановок на возобновляемых источниках энергии составляет около к 600 ГВт, что почти в два раза больше мощности всех атомных электростанций в мире и приблизительно в три раза больше мощности всех электростанций России. Особенно актуально развитие возобновляемой энергетики для тех стран, в которых мало запасов природных ресурсов (нефти, газа, угля и т. д.), которые являются топливом для станций традиционной энергетики. Одной из таких стран является Республика Таджикистан. 98 % территории Таджикистана занимают горы, поэтому из всех возобновляемых источников энергии (ветер, солнце, гидроэнергетика, геотермальная энергия и низкопотенциальное тепло земли) наиболее доступным для республики является солнечная энергетика.

Республика Таджикистан расположена между 37 и 41 градусами северной широты и полностью входит в так называемый «мировой солнечный пояс» (45° с.ш. – 45° ю.ш.). По данным статистических наблюдений количество солнечных дней в году в республике составляет в среднем 280–330, интенсивность солнечной радиации в большинстве районов достигает 1000 Вт/м 2, а годовая сумма радиации превышает 2000 кВт/м 2. Количество годовой суммарной радиации в Таджикистане в два раза больше, чем в средней полосе Европы, где использование солнечной энергии носит самый широкий характер.

По укрупнённым оценкам потенциал солнечной энергии республики составляет около 25,16 млрд. кВт·ч/год и может удовлетворить 10–20 % спроса на энергоносители. Как известно, КПД солнечных установок (элементов) в настоящее время невелики и составляют 12–18 %. Однако, ввиду сравнительно большого потенциала солнечной энергетики, даже при низком КПД за счёт энергии Солнца можно обеспечить общие потребности населения на 60–80 % в течение, по меньшей мере, десяти месяцев в году на всей территории Таджикистана. Поэтому в настоящее время программы развития электроэнергетики Республики Таджикистан рассматривают развитие солнечной энергетики как наиболее перспективное направление.

Основными исходными данными для оценки потенциала солнечной энергетики и выбора наиболее оптимального места для размещения солнечной электростанции (СЭС) является количество суммарной (прямой и рассеянной) солнечной радиации на горизонтальную поверхность при действительных условиях облачности, которые являются справочными данными [1]. Для Республики Таджикистан они приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Суммарная (прямая и рассеянная) солнечная радиация на горизонтальную поверхность при действительных условиях облачности, для характерных районов Республики Таджикистан

Однако для выбора наиболее оптимального района для размещения СЭС необходимо оценить продолжительность солнечного сияния в течение суток за месяц и за год. Методика расчёта изложена в [2]. Исходными данными являлись суммарная солнечная радиация, представленная в таблице 1 и координаты расположения районов (таблица 2).

Таблица 2 – Координаты характерных районов Республики Таджикистан

По методике, изложенной в [2] были произведёны расчёты склонения солнце δ, часового угла солнце ω и продолжительности солнечного сияния в течение суток Тс в точке А с координатами (φ, ψ) в рассматриваемые сутки по месяцам и в течение года. По результатам выполненных расчётов для всех вышеприведённых характерных районов Республики Таджикистан построены зависимости, представленные на рисунках 1–3.

а)

б)

Рисунок 1 – График продолжительности солнечного сияния для Курган-Тюбе: а) за месяц, б) за год

а)

б)

Рисунок 2 – График продолжительности солнечного сияния для Ледника Фед-ченко: а) за месяц, б) за год

Как видно из рисунков 1–3 наибольшая продолжительность солнечного сияния за месяц и за год достигается для Курган-Тюбе (37°50′02″ с.ш., 68°46′54″ в.д.).

Однако при выборе оптимального места для устройства СЭС с использованием фотоэлектрических преобразователей необходимо знать не только продолжительность солнечного сияния, но и количество прямой солнечной радиации, т. к. для выработки фототока в солнечных элементах имеет значение именно количество прямой солнечной радиации. Поэтому на втором этапе анализа потенциала солнечной энергетики для Республики Таджикистан были выполнены расчёты изменения максимальной суточной прямой солнечной радиации в течение года и потока солнечной радиации за год на горизонтальную площадку для всех характерных районов Республики Таджикистан.

а)

б)

Рисунок 3 – График продолжительности солнечного сияния для Кайрак-Кумского водохранилища: а) за месяц, б) за год

Методики расчётов изменения максимальной суточной прямой солнечной радиации в течение года и потока солнечной радиации за год на горизонтальную площадку приведены в [2]. По результатам выполненных расчётов построены зависимости, представленные на рисунке 4.

а)

б)