Жұмыстың идеясы қайта жаңартылатын энергия көздерін пайдалана отырып арзан және экологиялық таза энергияға қол жеткізу

Белгіленулер мен қысқартылған сөздер

 

 

С0₂ - көмiрқышқыл газы;

H₂ – сутегі;

N₂ – азот;

N₂O - азот шала тотығы;

NO_x  - азот оксидтері;

O₂ -  оттегі;

SOx – күкірт қышқылдары;

 

АҚШ – Америка құрама штаты;

БМ – биомасса;

БҰҰ – біріккен ұлттар ұйымы;

ЖВС –жоғарғы вольтты сызықтар;

ЖШС – жеке шаруашылық серіктестігі;

ЖК – жеке кәсіпкер;

ЖЭС – Жылу электр станциясы;

ЖЭС – Жел электр станциясы;

ЖЭҚ – жел электр қондырғысы;

ПӘК – пайдалы әрекет коэфициенті;

ПГ – парниктік газдар;

СЭС – су электр станциясы;

ЭБС - электроберу сызықтары;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кіріспе

 

 

Энергия қорларын үнемдеу 21-ғасырдың аса маңызды міндеттерінің бірі болып табылады. Бүгінгі күнде  әлемнің өнеркәсібі дамыған барлық мемлекеттерінде энергия үнемдеу  мәселелері қарқынды шешілуде. Көмірмен және көмірсутегімен жұмыс істейтін жаңа жылу электр станцияларын салуға инвестициялар тарту экологиялық проблемалардың тереңдеуін білдіреді. Қайта жаңаратын энергия көздерін – күн, су, жел, жер энергиясын пайдалану негізінде энергия үнемдеу технологияларын енгізу – энергия үнемдеу жөніндегі іс-шаралардың бірі болып табылады. Сондықтан да қазіргі таңда әлем сарапшылары дүркін-дүркін дабыл қағып, энергетикалық қуат шикізаттарына балама табу мәселесін күн тәртібіне батыл қойып тұр. Барған сайын адамзат үшін аса үлкен қауіпке айналып бара жатқан жаһандық жылыну процесін тежеу, электр энергиясы өндірудің негізгі көзі – көмірсутегі шикізатына балама табу мәселелері ерекше күн тәртібіне қойылды. Мамандардың айтуынша, қазір көмірсутегі шикізатына балама ретінде қарастырылып отырған биоотын, жел және күн қызуынан алынатын энергия әлемдегі өндірілетін электр қуатының 2% ғана құрайды. Сондықтан бұл салада Қазақстан энергетикасы мамандарының алдында тұрған міндет ұшан-теңіз.

Қазіргі қазандықтардың жұмыс iстейтiн отын түрлерi көмiр, мұнай және газ бағасы өсуде, ал осы түрдегі отынның  табиғи қорлары қысқаруда. Сонымен бiрге көп елдер меншiктi жанармай қорларын шет елдерге сатпайды және ондағы өздерінің қажеттіліктерге ғана  қолданады. Жылу электр орталықтары мен электр энергиясын өндiру процесінде атмосфераға зиянды заттардың қалдықтарын шығарады. Егер  отын ретінде  көмiр қолданса, пайдаланылатын қоңыр көмірде  керексiз қоспалардың үлкен  құрамы ауаға көптеген мөлшерде қалдық шығарады. Бұл мәселенің алдын алу үшін қайтымды табиғат ресурстарын пайдалануды ертерек қолға алғанымыз жөн. Әрине қайтымды табиғат ресурстарын керегімізге пайдалануда бірнеше қиындықтар кездесетіні белгілі, бірак ол қиыншылықтарды жеңуге қазіргі керемет дамып жатқан технологиялар жол аша алатындай дәрежеге қабілетті екенін ұмытпағанымыз жөн.

Қазіргі таңда энергиясыз өмірді көз алдымызға елестетуге болмайды алайда, энергияны өндіру қорларын көбейту керемет жетістіктердің бірі болушы еді.

Бұл дипломдық жобада электр энергиясы көзінің альтернативті түрлері қарастырылады. Жер астынан алынатын отын түрлерінің азаю салдарынын жаңартылып отыратын энергия түрлері қолдануда - бұл энергия формалары өзінің жиналған қорымен шектелмеген. Осындай типті энергияның қолдануы энергия қорының азаюына әкелмейтінін білдіреді.

Жобада қарастырылған энергияны түрлендіру схемасын «экоэнергетика» деп атауға болады, бұл термин қоршаған ортаны ластамай таза энергияны пайда қылатын әдістеді білдіреді. Еліміздегі климаттық жағдай жел энргетикасын дамытуға өте қолайлы. Десек те, еліміз су энергиясы, күн, жел, биомасса энергиясы түріндегі қайта қалпына келетін энергия ресурстарының мол қорына ие бола тұра, бүгінде Қазақстанның отын-энергетикалық қуат көздерінің үлесі, бар-жоғы 1 пайызды ғана құрап отыр. Сондықтан да мемлекетіміздің отын-энергетикалық қамтамасыз ету жүйелерін заман талабына сай, экономикалық және экологиялық тиімділікті басты назарға ұстағаны дұрыс.

Жұмыстың мақсаты – Қарқаралы қаласын кешенді энергиямен қамтамасыз ету үшін жел элестр станциясын және жергілікті отын түрімен жанатын қазандық салу.

Жұмыстың идеясы қайта  жаңартылатын энергия көздерін пайдалана  отырып арзан және экологиялық таза энергияға қол жеткізу.

Жұмыста орындалатын міндеттер:

• Электр энергиясын өндіру мақсатымен жел электр қондырғыларын орнатып, жел энергиясының тиімділігін пайдалану.
• Жел энергиясын өндіру барысында автоматтандырылған қондырғыларды қолдану.
• Қалаға жылу жетіспеушілікті толтыру мақсатымен  пайданылмайтын биомассаның энергиясына зерттеу жүргізіп, бидай сабанын тікелей жағудағы энергияны зерттеу.
• Қайта жаңаратын энергия көздерін пайдаланудағы тиімділікті есеп жүзінде дәлелдеу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Қарқаралы қаласының жалпы мәліметі

 

 

Қарқаралы қаласы Қарқаралы  тауларының бөктерінде, теңіз деңгейімен 815  м биіктікте, облыс орталығы Қарағанды қаласынан 220 километр қашықтықта орналасқан. Қарқаралы аудан орталығы, сондай-ақ туристтік орталық болып  табылады. 2012 жылдың 1 қаңтарына қалада  ауданның барлық тұрғындарының санынан  21,9%  немесе 8,9 мың адам тұрды.

Қарқаралы қаласы ерекше табиғи ресурстары және үлкен рекреационалды потенциалы бар дара қала, аудан  туристтік қызметтерді жабдықтаушы  болып табылады, яғни мемлекет деңгейінде тұтынуға бағытталған қызметтер, сондай-ақ ұлттық және халықаралық деңгейге бағытталған  қызметтерді болашақта іске асырады.

Ауданның климаты өкпек  континентті, температураның  үлкен  жылдық және тәуліктік тербелісімен, күн сәулесі мен жылуының молдығымен, жаз мезгілінде жиі құрғақшылық  пен қыста жаздық жауын-шашындардың  болуымен сипатталады. Қарқаралы ұлттық паркінің климаты қоршаған аумақтың климатына қарағанда біркелкі. Ауаның орташа жылдық температурасы +2 градус °С, қаңтардың орташа температурасы -15°С, шілде айынікі +18°С тең. Аязсыз мерзімнің ұзақтығы 100-125 күнді құрайды. Жауын-шашынның жылдық саны 250-350 мм, орташа 279 мм. Қар жамылысы қазанның екінші жартысында бекітіледі, сәуірдің екінші жартысында ериді.

Дала зонасы құрғақ өкпек  континентті климатпен сипатталады: жаз ыстық және құрғақ, қыс аз қарлы, бірақ желмен және боранмен қатты. Жаз күндерінде температура 37 градусқа дейін көтерілуі мүмкін. Ең суық ай – қаңтар. Аяз 45 градусқа дейін жетеді.

 

 

1. Қаланың қазіргі таңдағы электр және жылу энергиясымен қамтамасыз етілуі

 

 

Қала мен ауданның энергиямен жабдықталуы Қарағанды – ГРЭС 2 қосалқы станциясынан Қарқаралы және одан әрі Егіндібұлақ қосалқы станциясына дейін жүргізілген 110 кВ дара екітізбекті электроберу сызықтары (ЭБС) бойынша сыртқы энергия көздері арқылы жүзеге асырылады. Энергияның жергілікті көздері жоқ.

Ауданда иесі Халықаралық  Қазақ Шикізат « Қазақмыс»  компаниясы болып табылатын орасан тау-кен байыту комбинаты бар. Комбинаттың энергияға жалпы қажеттілігі 4-тан 5-қа МВт құрайды. Қаланың өзінің қажеттіліктерін қамтамасыз ету үшін 1МВт электр энергиясы қажет. Жалпы аудан бойынша қуатты тұтыну 8-тан 9-қа МВт құрайды. Ауданда әлеуметтік-экономикалық дамуға байланысты электр энергиясын тұтынудың өсуі орын алады. Қарқаралы ауданының әкімшілігінің мәліметтері бойынша қаланың 2007 жылда тұтынған электр энериясы 11,4 млн.кВт/сағ құрады. Болашақта электр энергиясының жетіспеушілігі 5,5 млн.кВт/сағ құрайды.

Қуатты аз тұтыну мен тартылған  электрберу сызықтарына байланысты тасымалдау кезінде электр энергиясын көп мөлшерде жоғалту орын алады. Сондай-ақ, аудан орнында жел электр станцияларында (ЖЭС) электр энергиясын өндіру үшін қолдануға болатын жел  потенцалы бар. ЖЭС аудан үшін қосымша энергия көзі болуы мүмкін және тасымалдау кезінде электр энергиясын жоғалтуды төмендетеді.

Қарқаралы ауданында электрберу сызықтарының бойлығы 1889,5 км құрайды, оның ішінде жоғары вольтты ЖШС сызықтар (ЖВС)- 1479,44 км (ЖШС Қараганды Жарық – 346,85км, КРЭК – 1132,6км) ВЛ-0,4 410 км (ЖШС Қараганды Жарық – 33,49км, ЖШС КРЭК – 376,5км),  КТП-147 дана., 20 қосалқы электр станциялары. Жөндеуді қажет етеді: ВС-190 км, ішкі кварталды сызықтар - 145 км. Электрберу сызықтарын жөндеу бойынша жұмыстар кәсіпкерлердің есебінде іске асырылады. Желілер мен қондырғылардың ескіруі 40-50% құрайды. Электрмен жабдықтау объектілеріне қызмет көрсетуге 2010 жылда 10,5 млн.теңге жұмсалды. Негізгі іс-шараларға ағымдағы ВС 0,4-110кВ ЖШС «КРЭК» қызмет көрсету кірді.

Аудан бойынша жылумен  жабдықтау жылына 2456,64 Гкал/жыл өндіретін  6 локальді қазаңдықпен, 13,7 Гкал/сағ өндіретін қатты жанар майдағы 51 автономды жылыту жүйесімен іске асырылады. Ауданның жылу желілерінің ескіруі жеке бөлімдерде 50%  жоғары.

Орталықтандырылған жылумен  жабдықтаумен Қарқаралы қаласының 25 көп қабатты тұрғын үйлері қамтамасыз етілген, жылу жабдықтаушы – ЖШС «Алмас-Мирас», ЖК «Есимбеков» және ЖК «Ибраев». Басқа тұрғын пунктілері пеш жылуынан келетін жылу энергиясымен қамтамасыз етіледі.

 

 

2 Қарқаралы қаласын кешенді энергиямен қамтамасыз етудің жолдары

 

 

Әлем экономикасын уақытылы дамуы орасан көлемдегі энергетикалық  ресурстарды пайдалану қажеттілігімен түсіндіріледі. Отынның дәстүрлі түрлері (газ, мұнай, көмір) энергоресурстардың нарығында бірінші орында және оларды тұтыну жыл сайын артуда, бірақ  өндіру мен пайдалану көлемдері  өскен сайын осы ресурстардың жалпы әлемдік қоры төмендеуде. Сәйкесінше, «дәстүрлі (қазба)» отын түрлерінің қорлары бітуі әбден мүмкін. Бұл  ұлттық, жеке жағдайларда жалпы әлемдік  сипаттағы мәселелердің пайда болуы  төніп тұр. Сондықтан, энергияны  алудың жаңа технологияларын тауып, дамыту маңызды.

Қазақстанның Энергетикалық  стратегиясына сәйкес 2012  жылға  дейінгі мерзімде энергияны сақтау мен энергиялық тиімділікті арттыру  бойынша салиқалы жұмыс жүргізілуде, сәйкесінше, энергоресурстарға жұмсалатын шығындарды қысқарту мәселесі өзекті. Ұзақ мерзімді болашақта энергия  берудің тез шығындалатын көздерін қолданудан көмірдің үлкен қорларын, торфты және басқа қазір аз қолданылатын отынды, сондай-ақ жанбайтын ресурстарды, бірінші кезекте қалдықтар тізімін қолдануға көшу керек.

Қиын шығындалатын энергия  көздерін қолданудағы жаңа бағыт  Қазақстанның заманауи энергетикасының  маңызды мәселесін шешуге мүмкіндік  береді. Ол – үлкен станцияларда электр мен жылу энергиясының генерацисының  концентрациясының көптігі. Бұл  мәселеден шығудың жолы отынның  жергілікті түрлерінде жылу мен электр энергиясының автономды көздерін пайдалану  және орасан орталықтандырылған және автономды энергия көздерінің арасындағы нақты балансты құру болып табылады.

Қазіргі энергетикалық стратегия  энергия тасымалдаушыларды экспорттаудың  физикалық көлемін жоғарылатуды ғана емес, сондай-ақ жалпы табыс  көлеміндегі экспорт үлесін жоғарылатуды қарастырады.

Биомассаны қолданатын энергетикалық  қондырғылар, қалдықтар Қазақстандағы  барлық станциялар сияқты энергия бере алады. Бұл отынды, сондай-ақ қоспалы  және модифицияланған отынды өндіру мен пайдалану аудандар мен ауыл өнеркәсіптерінің электр балансын толтыруға  мүмкіндік береді және белгілі бір  жағдайда қазба отын мен электр энергиясын орталықтандырылған сатып алуға  тәуелділікті төмендетуге үлесін тигізеді.

Биоотын – жергілікті қалпына  келтірілетін энергетиканың құрамды  бөлігі, сондықтан биоотынды пайдалану  стратегиясын жасау кезінде барлық кешенді жүйелі қарастыру қажет. Қалпына келтірілетін энергия көздері  Қарқаралыға қолдануға келеді- бұл  аудандық энергетиканың элементі, аудандық энергетикалық қауіпсіздікті қамтамасыз ету, сондықтан биоотынды пайдалану  стратегиясы бірінші кезекте, аудандық қажеттіліктер мен энергияны  аудандық тұтыну мен өндіру мүмкіндігін  ескеру керек.

Энергия берулерге бағаның  қысқартылмайтын өсуіне, жеткізу  қызметіне, отынға қорларды бөлу бойынша  орындарда шенеуніктердің мүмкіндіктерінің  шектелуіне тәуелсіз  энергетикалық  қауіпсіздікті қамтамасыз ету үшін жоғарыда көрсетілген мәселері жоқ  жергілікті альтернативті отын қолданылады.

Біріншіден, энергия беруді жеткізу мен сатып алуға тағайындалған  ақшаларды бөлу және әлеуметтік салаға көмек ретінде мақаларды бөлу мүмкіндігі.

Екіншіден, альтернативті  отынды жасау жаңа өндірістер мен  жұмыс орындарын ашады, ол қаражатқа  салықтық түсімдер жоғарылайды деген  сөз.

Үшіншіден, отын ретінде  органикалық қалдықтарды қолдану  арзан энергияны алудан басқа  оларды пайдаға жаратуға шығынды  төмендетеді.

Төртіншіден, альтернативті  отын қолданылатын жергіліктерде экологиялық  жағдайлар маңызды жақсарады.

Осылайшы, әлеуметтік инфрақұрылым, экологиялық жағдай жақсарады, сондай-ақ муниципальді пайда болудың отын-энергетикалық  қауіпсіздігі күшейеді, ол энергетикаға деген монопололияны бұзады, сәйкесінше мемлекеттің экономикалық қуатын, қарапайым  халықтың жақсы жағдайына қызмет ететін оның тәртібін қатайтады.

Альтернативті жылу энергетикасының  болашақтағы бағыты энергияның қайта  қалпына келтірілетін көздерін пайдаланудың технологиясын жасау мен оның негізінде жылу мен электр энергиясын өндіру болып табылады. Энергияның осы көзінің біреуі биомасса болып  табылады. Қазіргі уақытта қайта  қалпына келтірілетін көздерден (биомассалар) тұтынылатын энергияның саны энергияның басқа түрлеріне қатысты 13% құрайды.

Қарқаралыда табиғи өсетін биомассаның орасан потенциалды  қорлары бар. Пайдаланылмайтын жерлерде энергетикалық өсімдікті өсіру  оларды айналымға шығарады, гумсум қабатты эрозиядан топырақты  қорғайды, флора мен фаунаның өсуіне қосыша даму береді және соңғысы, көмірмен жұмыс істейтін қазаңдықтардың санын  азайту есебінен  қоршаған ортаның  жағдайын, экологиялық жағдайды жақсартады.

Отынның жергілікті түрлерін жылу мен электр энергиясын өндіру, өнеркәсіп пен ауыл шаруашылығында қажетті бірнеше материалдарды  алу үшін пайдалану электр энергиясының жетіспеушілігін қосымша генерациялауды қамтамасыз етіп қана қоймай, сондай-ақ депрессивті аудандарда шаруашылықты жаңартып, ондағы өмірдің сапасы мен деңгейін көтеріп, әлеуметтік қысылуды төмендетуге және ауыл өмір тіршілігін сақтауға, өндірістік өнеркәсіптерге, қондырғыны жасаушылар мен шаруашылық объектілерін жобалаушыларға тапсырыс беруге мүмкіндік береді. 

Қарқаралы аумағында дәстүрлі емес және қайта қалпына келтірілетін энергия көздерінің саласында инновациялық технологияларға көшуге мүмкіндік  беретін үлкен ғылыми-технологиялық  бөлімдері бар бірнеше ғылыми-зерттеулік мекемелер орналасқан.

 

 

2.1 Жел энергиясын пайдаланудың маңыздылығы

 

 

Қаржы-экономикалық дағдарыс белең алған бүгінгі таңда  ғаламшардың энергия-экологиялық  қауіпсіздігі мәселесі де әлемдегі елдердің алаңдаушылығын туғызып отыр. Қазақстан  парниктік газдарды ауаға тарататын  ірі өндіруші елдер қатарына жатады. Осыдан он бес жыл бұрын Қазақстан Республикасы Біріккен Ұлттар Ұйымының климаттың өзгеруі туралы конвенциясын қабылдады. 2009 жылы конвенцияның Киото хаттамасына қол қойылды. Еліміз осыған сәйкес, жаһандық климаттың өзгеруінің алдын алу әлемдік қозғалысының қатарына қосылып, оны жүзеге асыру жауапкершілігін мойнына алды. Мақсаты Қазақстан Үкіметіне жел энергетикасын дамытудың ұлттық бағдарламасын дайындауға көмектесу.

Жел энергетикасын пайдалану  мақсаты сәйкес жел энергетикалық  ресурстарын болуымен анықталады. Қазақстан  жел ресурстарына бай. Қазақстанның 50 % аумағында желдің орташа жылдық жылдамдығы 4-5 м/с құрайды, ал бірнеше  аудандарда желдің жылдамдығы 6 м/с  және жоғары, бұл жел энергетикасын  қолдану мақсатын өте жақсы анықтайды. Мамандардың бағалауы бойынша, Қазақстан  жел энергетикасын дамыту үшін сәйкес жағдайлары бар дүние жүзі мемлекеттерінің біреуі. Желді орындар Каспий маңында, орталықта және Қазақстанның солтүстігінде, оңтүстігінде және оңтүстік-шығысында орналасқан. 10 МВт/км2 деңгейінде ЖЭС қуаттылығының тығыздығын және маңызды бос кеңістіктердің болуын ескере отыра Қазақстанда бірнеше мың МВт қуаттылықты ЖЭС орнату мүмкіндігін болжауға болады. Кейбір мәліметтерге сүйенсек, теориялық түрде Қазақстанның жел потенциалы жылына 1820 млрд. кВт.ч жуық құрайды.

Соңғы бірнеше жылдарда бақыланған жел электр энергетикасының сәттілігінің бірнеше себептері бар. Қарапайым  электр энергиясы өнеркәсібімен  салыстырғанда, жел құбырлары экологиялық  таза энергияны өндіреді. Олардың  жұмыс кезінде атмосфераға көмірқышқыл  газ және ауаны, суды немесе топырақты  ластайтын басқа қалдықтар лақтырылмайды.

Бірінші жел электр станциясының электр тасымалдаушысының басқа  ерекшелігі ол тегін, ескірмейді және мол. Жел құбырлары үлгілі құрылысы жағынан тез орнатылады және отынның  импортынан және отынға деген бағаның  тербелесіне тәуелсіз ретінде сипатталады. Заманауи жел құбырларының сенімділігін ескере отырып, олардың пайдалану  дайындығы (жел құбыры жұмыс дайын  кездегі уақыт үлесі) 98% құрайды. Электр энергиясын өндірудің басқа  технологиясы мұндай дпайдалану дайындық нормасын қамтамасыз етпейді.

Құбыр өндіретін электр энергиясының саны құбырдың түрі мен пішініне, сондай-ақ оның орналасуына байланысты. Бофорт шкаласының 2 баллынан (3 м/с жуық) бастап құбыр айнала бастайды және желдің 6 балл  жылдамдығында (12-13 м/с) құбыр  толық қуатын алады.

Алдында шығарылған жел құбырларында 25 м/с жоғары жел жылдамдығында ағымның үзілу нүктесінде көмірді атуды басқару механизмі қолданылды. Ол құбырдың немесе жөндеу құрылымының агрегатының зақымдалуы мен жүктелуін алдын алуға қолданылған.  Заманауи құбырлар желдің қатты үдеуі кезінде құбыр лопасттарының бұрылу бұрышын реттейтін винт қадамын басқару кестесімен жабдықталған. Лайықты орында орнатылған орташа құбыр жылына орташа ротордың метр квадрат ауданына 850 кВт/сағ өндіреді. Жел құбырының орташа жылдық өнімділігін анықтаудың басқа қарапайым ережесі мынаған негізделген: орташа күшті желді позицияда қорытынды толық салмақтан 2000 сағатты, ал қатты желді позицияда толық салмақатн  3000 сағатқа жуықты құрайды.

Жел құбырлары энергияның қалпына келтірілетін көздерінің негізінде  электр энергиясын өндірісіне негізгі  үлесін қосады.  Жел энергиясын пайдалану  саласындағы үздіксіз жұмыстар жел  генераторларының құрылымын тұрақты  жақсартуда білінді және соңғы онжылдықта жел энергетикасы секторында маңызды  өсім болды.

Құбырлар үлкен бола бастады, ПӘК-і мен сенімділік жоғарылады және жел электр станцияларының қуаттылығы жоғарылады.

Бүкіл дүние жүзінде электр энергиясын тұтыну өсуде. Еуропа елдерінің  көбісі климаттың болашақта жылуын тоқтату үшін атмосфераға көмірқышқыл  газының шығуын төмендету бойынша  мақсаттарды тағайындады. Бұл мақсаттарға бірінші жағынан энергияны үнемдеуге бағытталған іс-шараларды қабылдау нәтижесінде, екінші жағынан қайта қалпына келтірілетін энергия көздерін кеңінен қолдану жағдайлары кезінде жетуге болатыны туралы жалпы пікір қалыптасқан.

Жел құбырлары энергияны  құбыр роторының айналу күшімен  құбыр лопасттары арқылы өтетін желдің қысым күшінің пайда болуы  есебінен өндіреді. Құбырлардың лопасттары көтерме күш деп аталатын пайда  болатын ұшақтың қанатына ұқсас  жұмыс атқаратын аэродинамикалық  беттер.

Пайда болған ауа ағымының әсерінен аэродинамикалық профильдің желсіз бетінде жоғары қысым, ал жел  жағында төмен қысым пайда  болады. Қысымдардың айырмашылығы итерме күшті туғызады. Бұл көтерме күш  құбыр лопастына үрілетін желдің жылдамдығының бағытының векторлы қосылуы мен құбыр лопастының айналу бағытынан туатын нәтижелі күштің (желдің жылдамдығын нәтижелеу) бағытына перпендикуляр бағытталған. Нәтижесінде  көтерме күш механикалық айналушы моментке айналады. Білікке берілетін  қуат екі әдіспен қолданылуы мүмкін. Жүздеген жыл ол бидайды ұнға айналдыруға  немесе суды кашеттеу үшін қолданылған, бірақ қазіргі заманғы генератормен жабдықталған үлкен машиналар біліктің қуатын электр энергиясына айналдыру  үшін қолданылады.

Жел құбырларында қолданылатын техникалық шешімдер соңғы екі онжылдықта үдемелі түрде дамыды. Бірақ құбырлардың  жұмысының негізгі принциптері  өзгеріссіз қалды және екі түрлену  үрдісінен тұрады. Бұл үрдістер құбырдың негізгі түйіндерімен іске асырылады:

-ротор кинетикалық энергияны желден шығарады және оны генератордың айналмалы моментіне айналдырады;

-генератор айналмалы моментті электр энергиясына айналдырады, ол жалпы қолдану желісіне беріледі.

Заманауи құбыр екі  немесе үш лопасттан тұрады. Лопасттар  полиэфирден, армирланған шыныматадан  немесе көміртек матадан тұрады. Сериямен лопасттар 1 метрден 100 метрге дейінгі  өлшеммен өндіріледі. Лопасттар ступица  деп аталатын болат құрылымға  бекітіледі.

Гондола дегеніміз құбырдың машиналық бөлмесі. Гондоланың корпусы  роторды желге бағыттау үшін болат  бағанда айналатындай етіліп құрастырылған. Жел бойынша ротордың бұрылысы құбыр  корпусында датчик ретінде флюгер қызмет атқаратын датчикпен басқарылатын автоматтық жүйемен толықтай іске асырылады. Машина бөліміне кіру тұғыр арқылы іске асырылады. Онда мойынтіректі басты  білік, редуктор, генератор, тежеу мен  бұрылыс жүйесі сияқты құбырдың негізгі  түйіндері бар. Басты білік ротордың айналмалы моментін редкторға жібереді. Редуктор біліктің айналу жылдамдығын  қажетті беру санымен генератордың ротордың ауналуы үшін қажет жылдамдыққа  айналдырады. Қуаттылығы 1,0 МВт және диаметрі 52 м құбыр минутына 20жуық айналым жылдамдықпен айналады, ал генератордың роторы  1500 айн/мин  жылдамдықпен айналады. Берілу саны бұл  жағдайда 1500/20 = 75 тең. Қазіргі уақытта құбырдың негізгі үш түрі қолданылады. Олар бір-бірінен қолданылатын генератор түрімен және жүктелудің алдын алу үшін номиналды мәнді жел жалдамдығын жоғарылату кезінде ротордың аэродинамикалық тиіміділігін шектеу әдістерімен ерекшеленеді. Барлық заманауи құбырларда генераторлардың келесі жүйелерінің бірі қолданылады:

-қысқа тұйықталған роторлы синхронды генератор;

-екі қоректендеру көзді синхронды генератор (вазалық ротор);

-редукторсыз синхронды генератор.

Жел құбырларындағы электр энергиясын генерациялаудың бірінші  жүйесі болып қысқа тұйықталған  роторлы синхронды генератор  табылады. Құбыр мен генератордың айналу жылдамдығының үлкен айырмасына байланысты айналмалы моментті құбыр  білігінен генератор роторына беру үшін редуктор қолданылады. Генератор  статорының орамдары жалпы қолданыстағы шекаралық электр желісіне қосылады. Бүл тип тұрақты жылдамдықтағы  жел құбыры атауын алды, себебі қысқа  тұйықталған роторлы синхронды  генератор ротордың айналу жылдамдығын  аса аз шекте өзгерте алады (1% жуық). Қысқа тұйықталған роторлы  синхронды генератор жалпы қолданыстағы желіден реактивті қуатты алады. Бұл жағымсыз жағдай, әсіресе әлсіз  желіде. Сондықтан генератордың реактивті  қуатты қажет етуі конденсатормен толтырылады.

Өзгертілетін жылдамдықты  генераторлардың бірінші түрінде  екі қоректендеру көзді синхронды  генератор қолданылады. Күшті электрониканың көмегімен тоқ генератор роторыынң  орамына беріледі. Генератор роторының  орамы тікелей жалпы қолданыстағы желімен байланысқан. Ротор орамына  берілетін тоқ жиілігі тұрақсыз, сондықтан электрдің жиілігі  мен механикалық бөлшектердің айналу жылдамдығы бір-бірімен байланыспаған. Соған орай, ротордың айналу тұрақсыз жылдамдығымен жұмыс мүмкін. Ротордың айналу және генератор роторының жылдамдықтарының сәйкестігі редуктор көмегімен іске асырылады. Генератор мен желі күшті электроника көмегімен айырылған. Мұндай кестеде тұрақсыз айналу жылдамдықпен жұмыс мүмкін. Мұндай типті жел құбырларында кейбір өндірушілер ротордың аз айналу жылдамдықты арнайы генераторлар қолданады.

Жел құбырлары жоғары деңгейлі сенімділікті сақтандырушы жүйелермен жабдықталған. Бұл жүйелердің бірі аэродинамикалық тежеу жүйесі болып  табылады. Апаттық жағдайларда немесе құбырдың айналымын тоқтату үшін техникалық қызмет ретінде әдетте дискілік тежегіш қолданылады.

Жел құбырлары – бұл  жоғарғы технологиялық жүйелер. Жұмысқа қосқаннан кейін құбарды  басқару автоматты жеке компьютерлік жүйе арқылы іске асырылады. Құбырдың жағдайы туралы мәлімет қашықтан иесімен немесе алыс байланыс сызықтары  бойынша өндірушімен, мысалы , модем  көмегімен басқарылуы мүмкін.

 

 

2.2 Қалаға ЖЭС салу мүмкіндігі

 

 

ЖЭС-қа арналған алаң Қарқаралы қаласы маңайында, қала шетінен шығысқа 2 м жуық қашықтықта орналасқан . Жақын орналасқан жергілікті мекен 200-800 м таулы бөлік. Қаланың батысында биіктігі 1400 м орманды Қарқаралы тауы орналасқан. Солтүстік, шығыс және оңтүстік шекарасында орташа биіктігі 950-1000 м тең тау қатарлары бар.

Қаланы жабдықтайтын 110  Кв екі тізбекті ЭБС қарастырылатын бөлімнен солтүстікке қарай 2 км жуық өтеді. ЖЭС-ның орналасуын жобалау бөлімі қаладан шығысқа қарай, тау шыңында теңіз деңгейінде 900 м жуық биіктікте орналасқан. Қарқаралы қаласының алаңында 2006 жылдың қыркүйегінде Әкімшіліктің қолдауымен биіктігі 50 м метеомачта орнатылды және желдің жылдамдығы мен бағытының жылдық өлшемі жүргізілді. Өлшеулер жел потенциалын бағалау үшін жел жылдамдығын өлшеу саласындағы халықаралық стандарттарқа сәйкес жүргізілді. Жел потенциалын бағалау және мәліметтерді өңдеу, верификациялау Аустралияның «PB Power» атты халықаралық компаниясының қатысумен жүргізілді.

Қарқаралы қаласы мен оған жақын маңдағы аудандардың климаты  құрғақтылық пен континенттіліктің  жоғары деңгейімен сипатталады. Бұл  аймақтың температурасы жазда +38 пен қыста -48 аралығында ауыспалы.

Аязсыз мезгілдің ұзақтығы 100 күнді құрайды. Қыс суық, желді, боранды, жаз орташа, жылы, желді. Суыту  мен жылыну арктикалық және орташа азиаттық сипаттағы ауа массаларының енуімен байланысты, атлантикалық массалар бұлт пен жауын-шашын режимінің циклондық іс-әрекеті үрдісімен анықталатын дымқылдың негізгі тасушылары ретінде қызмет атқарады. Бұл аймақтың климаты қыс-жаз мезгілдеріндегі барлық көрсеткіштер бойынша тербелістің үлкен амплитудасымен мезгілдік циклдікпен сипатталады. Географиялық кеңдік пен салыстырмалы кішкене бұлттылық қыс қабатының жақсы инсоляциясын анықтайды, ол жылына см2-қа 100 кал. жуық құрайды, оның шамасы негізі бұлттылық жағдайларымен анықталады. Қосынды радиацияның жылдық шамасы маусымдық максимуммен сипатталады, ал радиация минимумы желтоқсанға сай келеді. Тұманды радиацияның максималды айлық мәндері жыл ағымында көктем-жаз мезгіліне сай келеді, жиі мамырға келеді. Бағаланатын шекараның альбедо шамасы (жұтылған және шағылған радиацияның шамалары арасындағы қатынас) желтоқсан-ақпан айларында 70%-80% жетеді, ол мұндағы тұрақты қар жамылысының пайда болуымен байланысты. Жазда альбедо шамасы 16 – 18%  дейін төмендейді. Радиациялық баланс шекараның климаты мен ауа-райысының қалыптасу үрдісінің жүрісін анықтайды. Желтоқсан мен қаңтарда ол теріс сәнге ие болады. Маусымда радиациялық баланстың шамасы 8-9 ккал/см2 тең. Жыл мезгілдері бойынша оның минимумы желтоқснда байқалады. Радиациялық баланстың айлық шамаларының тербелістерінің жылдық амплитудасы орташа 9-10 ккал/см2 жақын. Жазда мол күн радиация ағынымен айқындалған ауаның қарқынды қызуы әсерінен бағаланатын шекарада атмосфералық фронттан айырылған кеңейтілген термиялық депрессия пайда болады. Әдетте оның пайда болуы маусым мен тамызға сәйкес, онымен жауын-шашынсыз ыстық ашық ауа-райы байланысты. Жылы мезгілде 125 - 185 мл жауын-шашын жауады. 135 -140 күн аралығында ауа температурасы 10С° жоғары. Тұрақты қар жамылысымен байланысты мезгіл 125 -140 күнге созылады, оның биіктігі 16-35 см құрайды, ал қардағы судың қоры 40 - 90 мм аспайды.