Ветроэнергетика и потенциал ее развития в Западном Казахстане

Ветроэнергетика и потенциал ее развития в Западном Казахстане

                                                     Содержание

                                                                                                                            С

Введение                                                                                                             2

Цели и задачи проекта                                                                                     4

1.Динамика роста потребления  электроэнергии в Казахстане.                     5

2. Ветряная энергетика.                                                                                    5

2.1. Классификация ветроэлектростанций.                                                      6

2.2. Основные производители  ветровых турбин.                                            8

2.3. Выгоды для окружающей среды.                                                              9

2.4.Последствия для человека  и животных.                                                    10

3.Ветряная энергетика в мире.                                                                          11

4.Потенциал ветроэнергетики в Казахстане.                                                  14

4.1.Экологические аспекты развития  ветроэнергетики.                                15

4.2.Экономические аспекты  развития ветроэнергетики.                                16

5.Общая характеристика  Западного Казахстана.                                            18

5.1. Физико-географическое положение.                                                          19

5.2.Наиболее благоприятные  районы для развития ветряной  энергетики    20

в Западном Казахстане.

5.3.Мугоджарские горы.                                                                                      21                                                                                                                                            

5.4. Атырауская область.                                                                                     22

5.5.Мангистауская область                                                                                  23

Заключение                                                                                                           25

Введение

Источники возобновляемой энергии - один из самых современных способов получения электричества с использованием природных явлений: ветра, воды и солнечного тепла. Прогнозы учёных относительно развития этого направления говорят о том, что доля возобновляемых источников в мировом масштабе энергопотребления может составить к 2030 году до 20–30 процентов. Примечательно, что ветроэнергетические установки среди прочих нетрадиционных источников энергии получили, пожалуй, самое широкое распространение. Территория Казахстана обладает огромными  ветроэнергетическими ресурсами, общий потенциал которых в сто раз превышает потребность республики в энергопотреблении.  Наша республика занимает первое место в мире по количеству ветроэнергетических ресурсов на душу населения. Возобновляемые источники энергии сейчас дороже традиционных, но в будущем ситуация может измениться благодаря появлению новых ресурсосберегающих технологий, и из-за истощения недр. 
Они гораздо экологичнее, что особенно важно для нынешних городов. Пока ветряная энергетика еще не представлена в энергетическом балансе страны. Однако возможная к использованию энергия ветра составляет порядка трех млрд. киловатт-часов в год. Ветряная энергетика, в основном, исключает антропогенное влияние на природу и не вызывают каких-либо неблагоприятных экологических последствий, дестабилизирующих  устойчивость природных экосистем. Они совершенно не потребляют природных ресурсов, их работа не требует утилизации отходов, и они не производят вредных выбросов в окружающую среду. Сегодня Казахстан, при его энергоемком промышленном потенциале, потребляет значительное количество энергии, занимая одно из первых мест в мире по энергоемкости внутреннего валового продукта - почти в десять раз выше, чем в развитых странах. По удельным выбросам "парниковых" газов на единицу ВВП Казахстан занимает третье место в мире. Снижение энергоемкости ВВП является одной из основных целей Стратегии индустриально-инновационного развития Республики Казахстан на 2003-2015 годы. Значительное потребление энергии и, соответственно, производство энергии, приводит также к существенному загрязнению окружающей среды.

Таким образом, производство электроэнергии на базе возобновляемых источников, особенно ветра, солнца и  воды (малые ГЭС), с частичным замещением традиционной энергетики с использованием угля, нефти, газа имеет для страны особенно большое значение. 

Цель работы:

 Изучение  развития  ветряной энергетики в Западном  районе Казахстана.

Задачи работы:

1) Рассмотреть мировой опыт развития ветроэнергетики

2) Определить наиболее благоприятные районы для  последующего использования ветряной энергетики в Западном Казахстане.

3) Изучение и анализ климатических условий Западного Казахстана для использования ветряной энергетики.

4) Способствование развитию ветряной энергетики в Казахстане, в том числе в Западном районе страны.

1. Динамика роста  потребления электроэнергии в  Казахстане

Таблица 1.

Источник: Проект Программы развития ООН и Правительства Казахстана «Казахстан - инициатива развития рынка ветроэнергетики»                                  

2. Ветряная энергетика

Ветроэнергетика — отрасль  энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве. Такое преобразование может осуществляться такими агрегатами, как ветрогенератор (для получения электрической энергии), ветряная мельница (для преобразования в механическую энергию), парус (для использования в транспорте) и другими. Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием деятельности солнца. Крупные ветряные электростанции включаются в общую сеть, более мелкие используются для снабжения электричеством удалённых районов. В отличие от ископаемого топлива, энергия ветра практически неисчерпаема, повсеместно доступна и более экологична. Однако, сооружение ветряных электростанций сопряжено с некоторыми трудностями технического и экономического характера, замедляющими распространение ветроэнергетики. В частности, непостоянство ветровых потоков не создаёт проблем при небольшой пропорции ветроэнергетики в общем производстве электроэнергии, однако при росте этой пропорции, возрастают также и проблемы надёжности производства электроэнергии. Для решения подобных проблем используется интеллектуальное управление распределением электроэнергии.Использование ветроэнергетических установок обусловлено рядом причин. Во-первых, ветровые ресурсы по сравнению с солнечной энергией относительно равномерно распределяются как в течение суток, так и в течение года. Это особенно важно для тех потребителей электроэнергии, которым необходим постоянный и стабильный источник тока. Во-вторых, расположение ветроустановок может быть приближено к объекту энергоснабжения, в отличие, например, от мини-ГЭС, которые зависимы от реки и требуют различного рода согласований на установку./1/

2.1. Классификация ветроэлектростанций

Ветроэнергетические установки (ВЭУ) классифицируются по нескольким параметрам:

Мощность. Ряд мощностей ВЭУ условно составляют следующие величины, кВт: 0,5; 1; 2; 3; 5; 10; 15; 20; 50; 100; 250; 500; 750; 1000; 2000; 4500; 6000.  Наличие редуктора (мультипликатора). Различают соответственно  редукторные и безредукторные ВЭУ.

Тип ротора. По этому признаку ВЭУ делят на установки с вертикальным и  горизонтальным ротором. Установки с горизонтальным расположением в свою очередь делятся на крыльчатые и карусельные. Крыльчатые ветроагрегаты с одним, двумя, тремя лопастями получили большое распространение, благодаря большой скорости вращения, позволяющей работать без редуктора. Скорость вращения крыльчатых ветрогенераторов обратно пропорциональна количеству крыльев, поэтому агрегаты с количеством лопастей больше трех практически не используются.Карусельные ветроустановки тихоходны, что позволяет использовать простые электрические схемы, например, с асинхронным генератором, без риска потерпеть аварию при случайном порыве ветра. Тихоходность выдвигает одно ограничивающее требование - использование многополюсного генератора, работающего на малых оборотах. Такие генераторы не имеют широкого распространения, а использование мультипликаторов (мультипликатор [лат. Multiplicator - умножающий] - повышающий редуктор) не эффективно из-за низкого КПД последних. Карусельный лопастный ветродвигатель наиболее прост в эксплуатации. Его конструкция обеспечивает максимальный момент при запуске ветродвигателя и автоматическое саморегулирование максимальной скорости вращения в процессе работы.С увеличением нагрузки уменьшается скорость вращения карусельного лопастного ветродвигателя и возрастает вращающий момент вплоть до полной остановки. Также положительным моментом карусельного лопастного ветродвигателя является отсутствие системы наветривания – слежения за направлением ветра. Вертикальные или ортогональные ветроагрегаты перспективны для большой энергетики. Недостатком их является сложность запуска.

Тип ветрогенератора.  В ветроэнергетических установках используют  асинхронные и синхронные генераторы, многополюсные генераторы, генераторы постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов и другие.

Назначение.  По этому признаку выделяют сетевые ВЭУ – они  предназначены для параллельной работы с сетью, и автономные ВЭУ, предназначенные для работы в паре с дизель-генераторами, аккумуляторами, солнечными батареями и иными источниками электроэнергии./1/

2.2. Основные производители ветровых турбин

Признанным мировым лидером  в производстве ветровых турбин является  датская компания «Vestas». Она занимает двадцатипроцентный сегмент рынка ветровых турбин. 39 000 турбин «Vestas» в 63 странах мира ежегодно вырабатывают более 60млн.кВт*ч электроэнергии. На данный момент этой компанией производятся турбины единичной мощности 0,85-3МВт.

Второй в списке лидеров  является немецкая компания «Enercon»  с 14% рынка. Примечательно, что на базе турбин «Enercon» разрабатывались ветродизельные комплексы для эксплуатации в  условиях холодного климата.

Мощность турбин, выпускаемых  компанией 0,33 – 2,3МВт. Третий по величине производитель ветрогенераторов в  мире – североамериканская «General Electric». Информация о мощности турбин основных производителей приведена в таблице. /1/ 
              Таблица  2. Основные производители ветровых турбин 

2.3. Выгоды для окружающей среды

Одним из выгодных аспектов ветряной энергетики является сокращение выбросов парниковых газов .Поскольку энергетическая система в настоящее время сильно зависит от угольных электростанций, интенсивность эмиссий углерода при производстве электроэнергии очень высокая, и составляет  примерно 0,85 тCO2/МВтч. /2/Иначе  говоря, производство электроэнергии ветростанциями сократит потребность в электроэнергии от источников, работающие на угле. Как и другие виды инфраструктуры, ветростанции оказывают положительное и негативное воздействие на окружающую среду. Однако, по сравнению с воздействием энергетических источников на ископаемом топливе, негативное воздействие ветростанций на окружающую среду относительно небольшое. Это связано в основном с тем, что здесь отсутствует использование топлива, нет прямых выбросов и происходит относительно небольшое воздействие от их работы на окружающую среду.  Казахстан не будет особенно подвержен каким-либо негативным воздействиям от ветровых турбин на окружающую среду. Хотя есть беспокойство в отношении воздействия ветровых турбин на птиц, особенно мигрирующих птиц, на участках, расположенные вблизи миграционных маршрутов.

2.4.Последствия для человека и животных

Шум от ветротурбин.В  зависимости от того, как складывается ситуация, шум от  ветротурбин может быть опасным  для птиц, может вызвать разражающее действие на человека.Однако  эти воздействия относительно небольшие по сравнению с такими  воздействиями как загрязнение воздуха, грунтовых и поверхностных вод, частички золы в воздухе и деградация земель, связанная с использованием ископаемого топлива в Казахстане.Воздействуя на окружающую среду, ветроэнергия может потенциально влиять на человека и животных. Опять же, это должно рассматриваться в свете воздействий альтернативных источников энергии, таких как ископаемые виды топлива, ядерный энергия, или другие источники возобновляемой энергии. Не было определено очевидного негативного воздействия ветростанций на здоровье человека, хотя по некоторым данным, шум и «надоедливость» может действовать на отдельных людей. Однако, доказательств так называемого «синдрома ветровых  турбин» очень мало. Как домашние, так и дикие животные мало обращают внимания на ветровые турбины. Обычно нет постоянного воздействия (кроме фазы строительства) на сельскохозяйственную деятельность вокруг территории ветровых станций, благодаря малому влиянию от их функционирования.

3.Ветряная энергетика в мире

Последние 10 лет ветровая энергетика переживает период бурного роста. Если в 2000 году по всему миру было установлено  ветряных турбин мощностью 3800МВт, то в 2012 году этот показатель возрос более  чем в 10 раз./3/ Этому способствуют общественная и политическая поддержка, высокие цены на ископаемое топливо, вопросы безопасности и охраны окружающей среды.

В настоящее время установленная  мощность ветроэлектростанций (ВЭС) в  мире составляет около 80000 МВт, или около  одного процента мировой генерирующей мощности./3/ Интерес к развитию ветроэнергетики объясняется следующими факторами: возобновляемый ресурс энергии, не зависящий от цен на топливо; ветровой ресурс доступен на значительной части территории Земли; конкурентная стоимость установленной мощности; отсутствие выбросов вредных веществ и парниковых газов в атмосферу; возможность обеспечения электроэнергией отдаленных районов. В настоящее время около 60 стран мира имеют ВЭС в структуре электроэнергетики. Наибольшее развитие ветроэнергетика получила в Германии — 18,5 ГВт, Испании — 10 ГВт, США — 4,2 ГВт, Индии — 4,5 ГВт, Дании — 3,2 ГВт, ряд других стран мира имеют мощность ВЭС порядка 1,0 ГВт. 43 страны мира имеют национальные программы развития ветроэнергетики с установкой сотен и тысяч МВт мощности в ближайшей и среднесрочной перспективе. По скромному сценарию развития предполагается, что уже к 2015 году установленная мощность ВЭС в мире составит порядка 150000 МВт, а к 2020 году — 230000 МВт, или около 2,7 процента общей генерирующей мощности. /4/Кроме того, при строительстве ветряных электростанций учитывается влияние ветрогенераторов на окружающую среду. Законы, принятые, к примеру, в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании, ограничивают уровень шума от работающей ветряной энергетической установки до 45  дБ в дневное время и до 35  дБ ночью. При этом минимальное расстояние от установки до жилых домов должно составлять не менее 300 метров./5/ 
И ещё одна особенность функционирования ветряных установок — современные ветряные электростанции вынуждены прекращать свою работу во время сезонного перелёта птиц. Современные ветряные электростанции строят в местах с высокой средней скоростью ветра — от 4,5  м/с и выше. В Канаде Министерство развития и Министерство Природных ресурсов создали Атлас ветров Канады и систему «WEST» (Wind Energy Simulation Toolkit) — компьютерную модель, позволяющую планировать установку ветрогенераторов в любой местности Канады. В 2005 году Программа Развития ООН также создала карту ветров для 19 развивающихся стран. /6/

Таблица 3. Суммарная установленная мощность ветростанций различных стран мира

Источник: http://gendocs.ru

4.Потенциал ветроэнергетики в Казахстане

По оценкам специалистов, около 50% территории Казахстана имеет  среднегодовую скорость ветра 4-5 м/с, а в некоторых районах скорость ветра составляет 6 м/с. Казахстан рассматривается экспертами как страна, наиболее подходящая для развития ветроэнергетики. Ветроэнергетический потенциал Казахстана составляет 920 млрд кВтч электроэнергии в год./7/ В рамках проекта Программы развития ООН по ветроэнергетике, проведен анализ ветрового потенциала в 15 регионах страны, разработан первый Ветровой атлас. Первый Ветровой атлас представляет из себя интерактивную карту, с помощью которой можно получить информацию о том, какая в выбранной точке будет среднегодовая скорость ветра. Таким способом можно определить, насколько перспективно в тех или иных местах использовать энергию ветра для дальнейшего получения электроэнергии. Согласно показателям этого ветрового атласа, около 50 тыс. кв. км., которые относятся к территории Казахстана, имеют хороший ветровой потенциал. Исследования показали наличие хорошего ветрового потенциала для строительства ВЭС в Южной зоне (Алматинская, Жамбылская, Южно-Казахстанская области), в Западной зоне (Мангистауская и Атырауская области), в Северной зоне (Акмолинская область) и Центральной зоне (Карагандинская область)./7/ В программе по развитию электроэнергии РК на 2010-2014 годы, разработанной Министерством индустрии и новых технологий отмечено, что главным препятствием к развитию ветроэнергетики являются высокие удельные капитальные затраты на строительство и как следствие, высокий тариф на электроэнергию. В условиях существующего рынка электроэнергии ветроэнергетические ресурсы Казахстана практически не осваиваются, как, впрочем, и другие виды возобновляемых источников энергии. Удельный вес возобновляемых энергоресурсов не более 0,2 % суммарной выработки электроэнергии. /2/ В декабре 2011г. в Жамбылской области была введена в эксплуатацию первая в Казахстане ветроэлектростанция - Кордайская ВЭС (первая очередь), мощность 1 500 кВт. В Концепции перехода Республики Казахстан к устойчивому развитию на 2007-2024 годы, одобренной Указом  Президента Республики Казахстан от 14 ноября 2006 г №216, предусматривается, что обеспечение устойчивого экономического развития Казахстана будет осуществлено путем поддержки экологически эффективного производства энергии, включая использование возобновляемых источников и вторичного сырья. Законами РК «Об электроэнергетики» и «Об энергосбережении» упоминается о необходимости развития и использования возобновляемых источников энергии, однако, каких-либо прямых мер по поддержке возобновляемых источников энергии не предусмотрено. Суммарное производство электроэнергии в Казахстане  на базе возобновляемых источников (включая гидроисточники) в 1990 году составляло 7,35 млрд кВт*ч в год или 8,4% общей ее выработки и 7% к потребности/2/ В настоящее время доля возобновляемых источников энергии составляет 0,3% общей выработки электроэнергии, из которой более 90% приходится на малые ГЭС./2/ В Казахстане в 2011 году было произведено 78,8 млрд кВт*ч электроэнергии. По экспертным оценкам, структура общего экономического потенциала Казахстана без учета водородной энергетики является следующей. По ветроэнергетике:

• теоретический возможный  потенциал оценивается в более  чем 1,8 трлн кВт*ч в год;

• экономически возможный - 3 млрд кВт*ч в год (0,26 млн т  н.э.)/3/

4.1.Экологические аспекты развития ветроэнергетики

ВЭС не потребляют органического  топлива и,  таким образом,  не выбрасывают в    атмосферу  продукты сгорания топлива и не имеют  твердых отходов. Каждый кВт.ч электроэнергии от ВЭС, замещающий электроэнергию от угольной ТЭС,   предотвращает  вредные выбросы в атмосферу окислов серы, окислов азота,   летучей золы и парниковых газов,  а также складирование золошлаковых отходов.  Установка 500  МВт мощности ВЭС с ежегодной выработкой 1,5 млрд. кВтч электроэнергии позволит сохранить более 500 тыс. тонн в год  и предотвратить годовые выбросы в атмосферу порядка:

- 1,5 млн. тонн диоксида  углерода

- 12000 тонн оксидов серы

- 7800 тонн оксидов азота

-12 600 тонн летучей золы 

а также складирование  золошлаковых отходов в обьеме  200 000 тонн. /3/В качестве экологических недостатков ВЭС можно назвать гибель птиц от  столкновения с ветроустановками.  Однко, как показали специально проведенные исследования.  количество птиц,  погибших от столкновения с ветроустановками составляет 3-7  птиц на один    МВт мощности и значительно ниже,  чем    при столкновении птиц с автотранспортом, зданиями и сооружениями и пр. /9/

4.2.Экономические аспекты развития ветроэнергетики

Для того,  чтобы удовлетворить  возрастающий спрос на электроэнергию в регионах страны, требуется увеличение поставок электроэнергии,  что повлечет за собой значительные капитальные вложения для обновления и расширения генерирующих мощностей и    инфраструктуры электрической сети.   Использование местных источников энергии сокращает общие затраты на удовлетворение потребностей в энергии за счет сокращения капитальных вложений в развитие инфраструктуры электрической сети, потерь электроэнергии при транспорте. Республика Казахстан обладает огромными ветровыми ресурсами.  По своему географическому положению Казахстан находится в    ветровом поясе северного полушария и на значительной части территории наблюдаются достаточно сильные воздушные течения,  преимущественно Северо-восточного, Юго-западного направлений.  Почти на 50%  процентах территории Казахстана среднегодовая скорость ветра достигает 4-5м/с    метров,  что учитывая размеры страны  (более 2,72  млн.  кв.  км),  предопределяет наличие огромного ветроэнергетического потенциала.  (См.  Ветровой атлас    Казахстана).   В ряде районов Казахстана    среднегодовая скорость ветра достигает 6м/с и выше,  что делает эти районы перспективными для использования ветроэнергетики. Стоимость электроэнергии от ВЭС,  расположенной в таких местах,  может составить 5-7  центов за кВт.ч.,  с учетом инвестиционной составляющеей.  /4/ В этой связи, Казахстан рассматривается как одна из наиболее подходящих стран мира для использования ветроэнергетики. Хорошие ветровые районы со скоростями ветра 6 м/с и выше, расположены в центральной части Казахстана, в Прикаспии, а также в ряде мест на Юге, Юго-Востоке и Юго-Западе Казахстана. По экспертным оценкам ветровой энергетический потенциал Казахстана составляет порядка 1820  млрд. кВт.ч в год. /4/  Таким образом,  потенциал использования ветроэнергии для производства электроэнергии в большей мере будет определяться балансирующими возможностями энергосистемы и экономикой производства электроэнергии на ветростанциях.   Учитывая общую генерирующую мощность в Казахстане – 18,400  МВт,  мощность ветроэлектростанций в пределе может составить порядка 3 500 МВт при годовой выработке электроэнергии порядка 8-9 млрд.  кВт.ч./10/  Экономический потенциал использования ветроэнергетики будет определяться соотношением стоимости электроэнергии    ветростанций и традиционных источников энергии с учетом транспортной составляющей, а также учета экологического эффекта от сокращения загрязнения окружающей среды при замещении мощностей угольных электростанций.  По ряду проведенных расчетов установленная мощность ветроэлектростанций может составить порядка 2000 МВт к 2024г./6/ Казахстан имеет развитый машиностроительный комплекс,  что даетвозможность в перспективе создать производство ветроустановок на казахстанских предприятиях.  Это позволит снизить стоимость строительства ветростанций и, соответственно,  стоимость электроэнергии от ветростанций.  Освоение современной технологии ветроэнергостроения внесет свой вклад в индустриализацию и социально-экономическое развитие страны.