автореферат диссертации по энергетике, 05.14.08, диссертация на тему:Комбинированное использование энергоустановок на основе возобновляемых источников для электроснабжения локальных потребителей

На правах рукописи

ТАШИМБЕТОВ МУРАТ АБДИРАХИМОВИЧ

КОМБИНИРОВАННОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГОУСТАНОВОК НА ОСНОВЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЛОКАЛЬНЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

Специальность: 05.14.08 - Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт - Петербург 2005

Работа выполнена на кафедре «Возобновляющиеся источники энергии и гидроэнергетики» ГОУ ВПО «Санкт - Петербургский государственный политехнический университет» и на кафедре «Водные ресурсы и гидротехнические сооружения» «Таразский государственный университет им. М.Х. Дулати»

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Бреусов Владимир Петрович

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Грилихес Владимир Александрович - кандидат технических наук

Зуев Николай Валерьевич

Ведущая организация: ОАО «Всероссийский научно-исследовательский институт

гидротехники им. Б.Е. Веденеева»

Защита состоится « /Г» декабря 2005 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 212.229.17 при ГОУ ВПО «Санкг- Петербургский государственный политехнический университет» по адресу: 195251, Санкт - Петербург, Политехническая ул., 29, гидрокорпус - 2, аудитория 411.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГОУ ВПО «Санкт Петербургский государственный политехнический университет».

Автореферат разослан « /У » 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Орлов В.Т.

2/НН -*/ /71//

ИМI /в

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальиость темы. В настоящее время острый недостаток электроэнергии в южном регионе Казахстана, создал сложные проблемы в топливно-энергетическом комплексе республики. Причиной этому послужило: критически высокая степень износа основных производственных мощностей электростанций Казахстана (до 58,5%); высокие потери электроэнергии при ее транспортировке по межрегиональным и региональным электросетям (до 50%); острый дефицит инвестиционных ресурсов в отраслях энергетики Казахстана; сильно изношенное состояние (почти половины) электрических сетей республики. Кроме того, южный регион Казахстана отличает ограниченное количество электростанций и подстанций. Одним из альтернативных путей решения задач по удовлетворению существующих потребностей населения южного Казахстана в электрической энергии, особенно потребителей, удаленных от централизованного энергоснабжения, является использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ).

Участие ВИЭ в топливно-энергетическом балансе Казахстана пока остается на низком уровне. Вместе с тем, в республике имеется огромный неиспользуемый энергопотенциал ВИЭ в районах населенных пунктов, в которых острая нехватка энергоресурсов покрывается за счет привозного топлива. Поэтому приоритетность направления развития ВИЭ в Казахстане, а также комплексное их использование, имеет актуальность, прежде всего, для таких потребителей.

Однако, непостоянство прихода ВИЭ не позволяет обеспечить надежное энергоснабжение децентрализованных потребителей, чго говорит о низкой конкурентоспособности нетрадиционной энергетики по отношению к традиционной. Поэтому с целью выравнивания графиков выработки энергии от возобновляемых источников, и надежного энергообеспечения таких потребителей, перспективным в этом направлении считается комбинированное использование энергоустановок на основе нескольких видов ВИЭ Комбинированное использование ВИЭ в составе системы электроснабжения, повысит использование ВИЭ в районах децентрализованного энергоснабжения.

Развитие комбинированного использования ВИЭ для локального электроснабжения потребителя позволит решить ряд важных проблем, а именно:

• эффективно использовать все источники энергии отдельно взятого района для электроснабжения за счет создания автономного энергообъекга;

• обеспечить постоянство согласования процесса производства и потребления производимой электроэнергии за счет комплексной работы нескольких энергоустановок на основе ВИЭ;

• обеспечить экологическую безопасность работы таких энергообъектов.

Целью данной диссертационной работы является изучение и обоснование возможностей эффективного использования энергоустановок на основе возобновляемых источников для электроснабжения локального потребителя южного Казахстана. Для достижения поставленной цели в данной работе сформулированы следующие задачи:

• проведение оценки ресурсов ВИЭ в южном Казахстане, с целью определения экономически-эффективного потенциала и расчета технико-экономической целесообразности использования ВИЭ;

• проведение районирования территории южного Кячягтна то пртгнтщапу ВИЭ

и выявление регионов, благоприятных для комбинир

|ия;

• проведение анализа особенностей систем электроснабжения на основе ВИЭ и их технических схем с учетом специфики регионов;

• выявление основных базовых принципов проектирования и технико-экономического обоснования строительства автономных систем энергоснабжения на основе ВИЭ;

• разработка методики обоснования комбинированного использования энергоустановок на основе ВИЭ для электроснабжения децентрализованного потребителя южного Казахстана и выявление ее эффективности.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Оценены и определены теоретические и возможные к использованию энергоресурсы возобновляемых источников южного Казахстана;

2. Проведено районирование южного Казахстана по регионам республики, благоприятных для комбинированного применения ВИЭ;

3. Сформулированы основные принципы и этапы проектирования микроэнергосистем на основе ВИЭ;

4. Обоснована возможность комбинированного использования ВИЭ для электроснабжения локального потребителя в условиях юга Казахстана.

5 Проведено технико-экономическое обоснование целесообразности использования энергоустановок на основе ВИЭ на территории юга республики.

Личный вклад автора определяется разработкой новых подходов к использованию энергоустановок на основе ВИЭ для электроснабжения локальных потребителей южного Казахстана, созданием основных схемных решений при формировании структуры и проектировании энергообъекга на основе ВИЭ, разработкой методики выбора и обоснования энергообъекта, объединяющего несколько энергоустановок на основе ВИЭ.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается использованием известных методов и подходов, применяемых в научно-технических основах использования ВИЭ.

Практическая значимость диссертации. Представленная работа содержит основные принципы проектирования и строительства систем электроснабжения на базе ВИЭ, определяющие направления стимулирования и развития использования ВИЭ для устойчивого электроснабжения локальных потребителей южного Казахстана.

Результаты исследования направлены на повышение конкурентоспособности и эффективности использования данных энергообъекгов на основе ВИЭ, что крайне важно для улучшения экологической и социальной обстановки, особенно в энергоде-фицигных регионах страны.

Апробадия работы. Результаты выполненной работы докладывались и обсуждались на различных семинарах, конференциях, симпозиумах: Международная научно-практическая конференция «Возобновляемая энергетика 2003: состояние, проблемы, перспективы» (Санкт-Петербург, 2003); Политехнический симпозиум «Молодые ученые промышленности Северо-Западного региона» (Санкт-Петербург, 2004); Всероссийская научно-практическая конференция аспирантов и молодых ученых «Энерго- и ресурсосбережение Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (Екатеринбург, 2004); Международная научно-практическая конференция «Использование нетрадиционных и возобновляемых видов энергии и способы ее хранения» (Москва, 2004).

Публикации. По основным результатам диссертации опубликовано 8 работ и 2 учебных пособия.

Осиовиые положения, выносимые на защиту:

1) результаты анализа, возможных путей решения проблем устойчивого электроснабжения локальных потребителей южного Казахстана;

2) результаты анализа оценки энергопотенциала ВИЭ южного Казахстана и выявление районов, пригодных для комбинированного их использования;

3) основные принципиальные схемы и структурно-функциональные схемы для проектирования и строительства систем электроснабжения на основе ВИЭ;

4) методика определения параметров и обоснования эффективности комбинированного использования энергоустановок на основе ВИЭ для электроснабжения автономных потребителей;

5) результаты гехнико-экономической оценки целесообразности использования систем элекгроснабжения на основе ВИЭ в южном Казахстане.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 90 наименований. Работа изложена на 134 страницах, содержит 35 рисунков и 23 таблицы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность работы, сформулированы цели и задачи исследований, а также показана практическая значимость и новизна полученных результатов. Приведены сведения об апробации работы и ее краткая характеристика.

В первой главе приводятся общие сведения по основным задачам исследований; дается обзор современного состояния топливно-энергетического комплекса, использования ВИЭ и основных проблем развития возобновляемой энергетики в Казахстане; рассматриваются существующие проблемы электроснабжения децентрализованных потребителей республики и возможные пути решения этих проблем.

В настоящее время в Казахстане электроэнергия вырабатывается, в основном, на тепловых (ТЭС, ТЭЦ) и крупных гидроэлектростанциях (ГЭС). Однако элекгроэнер-гетическая система имеет такую структуру, при которой значительная часть республики остается не охваченной распределительными сетями. Дефицит электроэнергии наблюдается в южном и западном регионах республики, в особенности в сельских районах децентрализованного электроснабжения.

В результате проведенного анализа электроснабжения сельских потребителей с учетом социально-территориальных различий в условиях и образе жизни населения южного Казахстана было выявлено, что структура энергоносителей в быту больше склоняется к использованию топливных ресурсов, в частности к углю и дровам, в меньшей степени используется сжиженный газ (не более 8%). Доля электроэнергии в этой структуре составляет не более 4%. При этом установленная мощность бытовых электроприборов в среднем для одного сельского дома составляет порядка 2,16-3,18 кВт. Вместе с тем, учитывая повсеместное удорожание топливных ресурсов, сложности осуществления их поставки и возрастающего дефицита этих ресурсов в настоящее время в сельских населенных пунктах появляется необходимость замещения топливных ресурсов электрической энергией.

Решение проблем покрытия наблюдающегося дефицита электроэнергии в децентрализованных населенных пунктах, в настоящее время является приоритетной задачей для улучшения социально-экономическою развития регионов В особенности стоит отметить населенные пункты с низкой плотностью электрических сетей и ди-

намикой развития электрификации быта, а также населением 100 и менее человек с потребностью в электрической энергии до 100 кВт. Наибольшее количество таких населенных пунктов отмечено в южном регионе республики. Электроснабжение таких объектов в настоящее время является одной из важнейших проблем энергетического сектора Казахстана.

Весомый вклад в решение проблем энергетического сектора и районов децентрализованного электроснабжения может внести формирование благоприятной структуры топливно-энергетического баланса на основе использования экологически безопасных ресурсов ВИЭ.

Однако, как известно, использование энергии одного вида возобновляемого источника не позволяет обеспечить полную электрификацию локального потребителя из-за непостоянства прихода первичного ресурса ВИЭ. Поэтому интерес вызывает комбинированное использование энергоустановок на основе возобновляемых источников. Такой подход, как наиболее эффективный способ электроснабжения изолированных потребителей, позволяет снизить стоимость аккумулирующих устройств, снизить зависимость работы системы электроснабжения на основе ВИЭ от сезона года и погодных условий, повысить надежность электроснабжения потребителя, сократить капитальные вложения всей системы в целом.

Вопросами комбинированного использования ВИЭ занимались такие ученые как: Ю.С. Васильев, Г.И Денисенко, В.В. Елистратов, В.И. Виссарионов, Бальзанников М.И., Безруких П.П., Д.С Стребков, JIБ Данилевич, М. Камбаров, К.А. Токамбаев, Сейиткурбанов С. и др. ученые.

Особенности современного практического комбинированного использования ВИЭ, а также научно-технических разработок и исследований, проведенных на сегодняшний день, позволяют рассматривать возобновляемую энергетику как перспективное направление в решении проблем электроснабжения локальных потребителей южного Казахстана.

Во второй главе проведен анализ энергетических ресурсов возобновляемых источников и техническая оценка целесообразности их использования в южном Казахстане. Огромные масштабы ресурсов ВИЭ и результаты оценки потенциала ВИЭ в этом регионе Казахстана показали целесообразность их использования в каждой области региона, и это позволяет говорить о возможности параллельной работы энергоустановок на основе ВИЭ в комплексе.

Анализ климатогеографических особенностей южного Казахстана показал, что юг республики делится на 3 характерные зоны - это равнинная (пустыни и полупустыни), предгорная и горная.

Расположение территории юга Казахстана представляет регион экономически выгодным для использования солнечной энергии. Продолжительность солнечного сияния в этом регионе составляет более 2600 ч в год при средней мощности излучения в сутки 554 - 677 Вт/ м2 . Годовая сумма прямой солнечной радиации на юге республики, в зависимости от зоны, поступающей на горизонтальную поверхность меняется в пределах 500 - 800 кВт/м2, при ясном небе эти величины возрастают соответственно 850 1200 кВт/м2.

Несмотря на значительную физико-географическую неоднородность территории южного Казахстана, данный регион является благоприятным для использования ветроэнергетических ресурсов. Средняя скорость ветра в равнинной зоне достигает 4-6 м/с, в предгорной до 3 - 4 м/с на высоте флюгера. Предгорные и горные районы характеризуются небольшими скоростями, а межгорные котловины большой повторяе-

мостью штилей Наибольшие среднемесячные скорости ветра (до 5 6 м/с и более) отмечаются зимой на побережьях Каспийского и Аральского морей, на горных перевалах и горных проходах.

Южный Казахстан является перспективным в плане развития малой гидроэнергетики Малые реки и водотоки южного Казахстана имеют очень густую сеть, в особенности в горном районе, в которых сосредоточены значительные гидроэнергетические ресурсы. По мере понижения рельефа густота речной сети уменьшается Из общего числа возможных к строительству малых ГЭС (до 30 мВт) в Казахстане, на южный Казахстан приходится около 75% .

На основании оценки энергопотенциала ВИЭ в южном Казахстане, было проведено распределение удельных показателей солнечного и ветрового потока в Вт/м2, а также потенциала гидроэнергоресурсов (рис.1).

Возможности промышленного

строительства малы* I X < 30 ■ !

Область Установленная МОЩНОСТЬ. МВт

Аямазннсхая 1147

Жамбыпская 234

Южно-Казахстанская 437

Кызылорданская 0

Условные обшиачения

межобластные границы

0 распределение удельной

мощности ветрового потока

распределение плотности солнечного радиации

Рельеф

3000-5000 м 1000-3000 м 500-1000 и □ 200-500 м Он

Рис. 1. Районирование территории южного Казахстана по потенциалу ВИЭ

Как видно из рисунка, наиболее перспективным к внедрению энергокомплексов на основе ветровой, солнечной и гидравлической энергии, являются Алматинская, Жам-былская и Южно-Казахстанская область. В Кызылординской области более перспективным считается использование ветровой и солнечной энергии.

На основе анализа литературных источников, автором приводятся методики определения потенциала ВИЭ, приемлемые для условий Казахстана, с учетом географического месторасположения, природно-климатических условий и рельефа местности. Данные методики позволят получить более достоверные данные по потенциалу присутствующих энергоресурсов возобновляемых источников для той или иной местности Казахстана, и выявить те регионы, где комбинированное использование энергоустановок на основе ВИЭ будет целесообразным. Таким образом, выявление регионов с преимущественным распределением ВИЭ будет способствовать развитию комбинированного использования возобновляемых источников, а также эффективному планированию развития возобновляемой энергетики в республике Казахстан.

В третьей главе приводится классификация систем на основе ВИЭ по видам Iе-нерируемой энергии, по способам аккумулирования и степени автономности потребителя Рассматриваются основные структурно-функциональные схемы, показывающие всю цепочку от первичного источника к потребителю.

Из основных особенностей систем электроснабжения на ВИЭ вытекают требования к их работе: в нормальных условиях автономные комплексные энергосистемы

должны полностью удовлетворять запросам потребителей в энергии; структура системы электроснабжения на ВИЭ и ее режимы должны обеспечивать наибольшую экономичность выработки, передачи и потребления энергии, соответствующую минимуму удельной стоимости полезно отпущенной энергии. Определенные требования предъявляются и к качеству производимой энергии, так как оно влияет на технико-экономические показатели работы приемников и элементов энергосистемы. Одним из важных требований является надежность энергоснабжения.

На основе анализа публикаций рассматриваются подходы к выбору основных параметров систем электроснабжения на основе ВИЭ, обеспечивающих надежность электроснабжения автономного потребителя. В качестве схемных вариантов систем электроснабжения рассматриваются:

1) система на основе ветровой, солнечной энергоустановок и микрогидроэлектростанции (ВЭУ - СЭУ - микроГ'ЭС), дополненная электрохимическим аккумулятором;

2) система на основе ветровой, солнечной энергоустановок и микрогидроакку-мулирующей электростанции (ВЭУ - СЭУ - микроГАЭС).

Основным требованием, предъявляемым к системе на основе ВИЭ, считается обеспечение почасового баланса производимой и потребляемой энергии В рассматриваемых вариантах баланс производимой и потребляемой мощности выглядит следующим образом:

Вариант 1.

8760 8760

Х^ЮУ, + НСЭУ1 + Ыж (1)

1=1 1=1

или

К, - Квэу, - НСЭу, - Кгэс, ± = 0, при 1 = 1.. .8760 ч (2)

Вариант 2.

8760 8760

£(ЛГЮУ, + Ысэу, + ЫГА,) = 2Х (3)

1-1 1=1

или

Nш-NЮyl-NCЭУI±NrЛl=0,пpвi=l..Л7&^ч (4)

где Ыл, Игл - соответственно мощность электрохимического аккумулятора и гидроаккумулятора (знак " - " режим потребления электроэнергии, знак "+" режим производства энергии).

Исходя из того, что энергоустановки, входящие в систему электроснабжения на основе ВИЭ, должны иметь оптимальные параметры, обеспечивающие экономическую эффективность всей системы, в главе рассмотрен метод структурно-параметрической оптимизации системы электроснабжения на основе ВИЭ, с учетом условий применения и стоимости энергооборудования системы.

Оптимизационная задача сводится к определению мощности энергоустановок, входящих в систему, достаточных для бесперебойного электроснабжения потребителя и имеющих минимальную стоимость. Критерием оптимальности в этой задаче может выступать удельная стоимость установленной мощности энергоустановки на основе ВИЭ, целевую функцию задачи можно представить в следующем виде.

свэу №ЮУ ) + с с.ЭУ (Мсэу ) + сгэс ^сС^лс)-*111"1. (5)

здесь сюу, ссэу, сгэс, Слс - удельная стоимость установленной мощности энергоустановок соответственно ветровой, солнечной, гидро- и аккумуляторной энергоустановки, у.е./Вт.

Для того чтобы данная задача имела решение, необходимо, чтобы мощности энергоустановок энергосистемы соо1 ветствовали ограничениям, т.е.:

0<NB3y<N™. О <NC3y<N£l.

^С^ас^КС,

(6)

»г max АГПИ* ЛГ1"*1*

где Ту вэу , ту СЭУ , /V jOC - максимальные мощности энергоустановок, соответ-

/шш

AC ,J

ственно ветро-, солнечной и гидроэнергоустановки, Вт; .V ™", Af - минимальная и

максимальная мощность аккумулирующей системы, Вт.

При этом необходимо учесть, что величина суммарной мощности энергоустановок, должна соответствовать условию:

NC3 = NB3V + МСЭУ + Nrx * NH, (7)

где Ncj~ мощность системы электроснабжения на основе ВИЭ, Вт.

В обоих вариантах обеспечение надежности работы системы на ВИЭ осуществляется за счет аккумулирующих систем (АС). В рассматриваемых вариантах для определения емкости АС можно воспользоваться следующими зависимостями:

В варианте 1 емкость аккумулятора должна быть такова, чтобы обеспечить питание потребителя во время отсутствия энергоисточника (штилевые затишья ветра, облачность или малые расходы и т.д.). На основании этого емкость аккумулятора можно определить, зная величину максимальной энергии, необходимой потребителю, т.е.

max

EA=jf—,A.4 (8)

U АС

где илс — напряжение аккумулятора, R; Э™"* - максимальная энергия, потребляемая нагрузкой, Вт.ч.

В варианте 2 излишки энергии, производимой энергоустановками на основе ВИЭ, аккумулируются в верхнем водоеме. Максимальный объем водохранилища в м3, может быть определен при работе гидроэлектростанции в насосном режиме в зависимости от суточной нагрузки потребителя:

v - <Мсэ. ~ Nн НАС _з ...

НАС~ 3530 • Н НАС (9)

где Н„ас, т],шс - напор и КПД в насосном режиме; . минимальная нагрузка потребителя, Вт

Общую схему функционирования системы электроснабжения на основе ветровой, солнечной и гидроэнергоустановки с аккумулирующими системами на основе химического и гидравлического аккумулирования производимой энергии, можно представить в виде следующего алгоритма (рис. 2).

Рис. 2. Алгоритм функционирования системы электроснабжения на основе ВЭУ, СЭУ и микроГЭС с аккумулирующими системами АС - аккумулирующая система, Эвэу. Эсзу, Эпс • Зсг»ырабатываемая энергия соответственно ветровой, солнечной и гидравлической установкой и системы электроснабжения в целом; Эн энергия, потребляемая нагрузкой; Элс - нагрузка АС

В таких энергосистемах величина суммарной вырабатываемой энергии на энергоустановках на основе ВИЭ, может быть в несколько раз выше, чем нагрузка потребителя. В этом случае избыток энергии расходуется на заряд аккумуляторной батареи или же осуществляется перекачка воды из нижнего бьефа в верхний, за счет обратимого двигателя в ГАЭС.

В случае, когда система электроснабжения на ВИЭ не способна удовлетворить нужды потребителя запасенная энергия в аккумуляторных батареях или в верхнем водоеме ГАЭС расходуется для выработки недостающей мощности для покрытия графика нагрузки потребителя. Поэтому при проектировании системы электроснабжения на основе ВИЭ и определения ее параметров важным является определение емкости АС для гарантированного обеспечения потребителя.

На основе известных этапов проектирования энергетических объектов, в качестве основных стадий проектирования автором выделены четыре стадии, имеющие свои конкретные задачи и отличающиеся степенью детализации:

• первая стадия - проектное решение, предусматривающая обоснование внедрения микроэнергосистем на основе ВИЭ в топливно-энергетический баланс региона, области, района и т.д. Заканчивается данная стадия обоснованием схемного варианта системы электроснабжения.

• на второй стадии проектирования системы электроснабжения на ВИЭ определяется состав технических средств проектирования, общая структура энергообъекта, выбираются технические характеристики энергоустановок, производится оценка технической реализуемости комплекса, ориентировочная оценка эффективности. Это позволяет исключить возможность грубых принципиальных ошибок при проектировании.

• третья стадия соответствует техническому проектированию, при котором разрабатываются принципиальная, монтажная схемы и другая техническая документация.

• четвертая стадия предусматривает решение задач монтажа и производства, как отдельных блоков, так и технических средств в целом.

В четвертой главе приводятся расчеты по обоснованию выбора энергоустановок на основе ВИЭ для электроснабжения локального потребителя в условиях южного Казахстана на примере Жамбылской области, Кордайского района. Данный район отличается высокой плотностью ветроэнергопотенциала, наличием гидроэнергоресурсов и высокой плотностью солнечной радиации. В качестве примера в дальнейшем рассматривался сельский населенный пункт, предположительно нуждающийся в электрической энергии и расположенный в районе децентрализованного элекгро-снабжения с потребной нагрузкой в 100 кВт.

Исходя из величины нагрузки потребителя, оптимальные установленные мощности энергоустановок системы электроснабжения на основе ВИЭ определялись без учета мощности аккумуляторной системы согласно целевой функции (5). За показатели удельных стоимостей капитальных затрат С, для энерюустановок на основе ВИЭ принимались следующие величины: ВЭУ - 0,888; СЭУ - 3,48; ГЭС - 0,685 у.е./Вт. При этом среднее значение удельной стоимости капитальных вложений на энергоустановки принималось равным 1,68 у.е./Вт. Учитывая это, целевая функция (5) для рассматриваемых вариантов имеет следующий вид:

0,888(^/S9y) + 3,48(Л^СЭУ) н 0,685(Л^С)> 168тыс. у.е.

Для отмеченных выше вариантов предполагалось, что совместное действие солнечной и гидроэнергоустановки обеспечивает 70% выдаваемой мощности, ветровая и гидроэнергоустановка 80%. Для варианта 2 работа системы будет зависеть от ветровой и солнечной энергоустановки, а микроГАЭС в этом случае будет выступать как резерв для покрытия недостающей энергии.

В качестве систем ограничений в варианте 1 принимались:

Лсэу + Nrx — 70 кВт;

Мщу + JV/ x = 80 кВт.

В варианте 2:

NC3y + Nnx:> №0 кВт-, Ывэу + Nrx >Ю0 кВт.

На основании этих принципов и целевой функции, решив систему уравнений, были определены следующие параметры

Вариант I NB3y ~ 39,4 кВт; Nc3y =10,1 кВт; Niac = 51,1 кВт;

Вариант 2 NB3y = 73 кВт; NC3y = 14,5 кВт; Nr3c = 56,5 кВт.

Определение мощности аккумулирующей системы в рассматриваемых вариантах проводилось согласно уравнениям (8 и 9). В результате в первом варианте емкость АС составила 4167 Ач. Во втором максимальная емкость водохранилища, необходимая для аккумулирования энергии, составила 31 м3, при этом емкость водохранилища определялась в насосном режиме работы гидроэлектростанции, предполагая, что расход является постоянным Q = const.

Для выбора варианта электроснабжения и определения формирования рациональной структуры системы на основе ВИЭ важным является разработка графиков нагрузки потребителя, а также оценка потенциала ВИЭ.

При разработке графиков нагрузки потребителя в качестве аналога использовалась сельская усадьба, расположенная в Псковской области. На основе данного примера были построены суточный и годовой графики нагрузки, при этом предполагалось, что рассматриваемый нами потребитель имеет аналогичную насыщенность электрооборудования и такой же характер электропотребления (рис. 3 - 5). Годовой график нагрузки потребителя, используемый в дальнейших исследованиях, строился на основании полученных среднесуточных составляющих для каждого сезона года. Также при получении годового 1рафика нагрузки потребителя учитывался коэффициент сезонности кс роста нагрузки, имеющий следующие значения: зима - 1; весна -0,8; лето - 0,7; осень - 0,9.

На основе полученных данных по потенциалу ВИЭ в районе размещения потребителя, согласно рассмотренным принципам функционирования системы на основе ВИЭ в 3-ей главе, были определены и построены графики обеспечения годового графика нагрузки потребителя за счет выработки электроэнергии различными энергоустановками в зависимости от сезона и месяца года по рассматриваемым вариантам. На рис. 3 показано обеспечение годового графика нагрузки потребителя по варианту 1.

Э, кВт.ч

Рис. 3. Обеспечение годового графика нагрузки потребителя за счет работы микроэнергосистемы на основе ВЭУ-СЭУ-микроГЭС

Как видно из рис. 3, результаты полученных установленных мощностей энергоус-шновок на основе ВИЭ в варианте 1, с учетом сезона года и электропотреблением достаточны для полного удовлетворения потребителя в течение всего года.

Для того, чтобы показать обеспечение графиков нагрузки потребителя по варианту 2, на рис. 4 и 5 приводятся графики покрытия суточной и годовой нагрузки потребителя, по данному варианту.

з 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Т Ч

----,-„^

ОВЭУ ПСЭУ О Среднесуточный за год график нагрузки !

Рис 4 Обеспечение среднесуточного за год графика потребителя системой электроснабжения на основе ВЭУ-СЭУ-микроГАЭС

Э, кВт.ч

| 0ВЭУ ШСЭУ □ микроГАЭС О График нагрузки |

Рис. 5. Обеспечение годового графика нагрузки потребителя системой электроснабжения на основе ВЭУ-СЭУ-микроГАЭС

Из рис. 4 видно, что микроГАЭС в суточном разрезе графика нагрузки наиболее нагружена в периоды с 8 до 12 и с 15 до 22 ч. В остальное время солнечная и ветровая энергоустановки работают с избытком вырабатываемой энергии, который расходуется на включение насоса для перекачки воды из нижнего в верхний бьеф

В разрезе годового графика нагрузки (рис. 5) потребителя по варианту 2 микроГАЭС наиболее нагружена в осенний период, и меньше в весенний При этом результаты полученных установленных мощностей энергоустановок на основе ВИЭ в данном варианте определяют достаточные показатели для полного удовлетворения потребителя в течение всего года, с учетом сезона года и электропотребления

Однако при эксплуатации системы электроснабжения на основе ВИЭ существует вероятность выхода из строя какой-либо энергоустановки (авария, останов и т.п.) и в

результате невозможность покрытия графика нагрузки потребителя. В этом случае необходимо предусматривать мероприятия по компенсации дефицита пиковой мощности, т.е. предусматривать перевод энергоустановок с пиковой части графика нагрузки в его провалы (трансформирование графика нагрузки). А также решением таких проблем может быть дублирование электрической мощности дополнительными энергоустановками, что позволит сохранить надежность работы системы при обеспечении потребителя необходимым количеством энергоресурсов.

Важной характеристикой планируемой к строительству системы электроснабжения на основе ВИЭ является величина капитальных затрат Именно от этой величины зависит возможность потребителя к строительству энергообъекта и в дальнейшем получение от данного объекта максимальных выгод.

Проведенный обзор методик экономических оценок позволил определи гь основные экономические показатели выбранных структур систем электроснабжения на основе ВИЭ (табл. 1).

Таблица 1

Экономические показатели рассматриваемых систем _электроснабжения на основе ВИЭ_

Экономические показатели Единица Варианты систем электроснабжения на основе ВИЭ

измерения 1 вариант 2 вариант

Основные экономические показатели

Капитальные вложения долл. 108638,7 158347

Годовые эксплуатационные издержки долл. 1073,43 1496

Себестоимость электроэнергии долл./кВт ч 0,0071 0,0075

Показатели экономической эффективности

Чистый дисконтированный доход долл. 57640,5 5309,5

Индекс доходности 0,53 0,034

Срок окупаемости лет 5,4 10,4

Коэффициент внутренней нормы доходности % 14,71 9,82

Определение показателей экономической эффективности проектов энергоснабжения проводилось, исходя из предполагаемых величин доходов и расходов, инвестиций и ставок налогообложения. Ввиду того, что государство заинтересовано в строительстве энергетических объектов в районах децентрализованного электроснабжения в нашем случае ставки налогообложения принимались равными нулю. При этом предполагалось, что строительство системы электроснабжения на основе ВИЭ инве-сшруется банком за счет кредита на Тс = 10 лет За показатель годового процента банка принималось значение 11%, исходя из средневзвешенного годового процента банков Казахстана.

Результаты технико-экономической оценки показали, что в обоих случаях проекты энергообъектов отличаются целесообразностью и актуальностью строительства систем электроснабжения на основе ВИЭ в районах децентрализованного энергоснабжения.

Развитие и создание энергетических объектов в целях энергообеспечения децентрализованных потребителей может получить благоприятные тенденции при поддержке государства и снижении банками ставок дисконтирования для локальных потребителей. Строительство систем электроснабжения на основе ВИЭ позволит повысить уровень развития возобновляемой энергетики в республике и снизить зависимость локальных районов от крупных энергосистем, при этом повысить степень энергетической независимости республики в целом.

В заключении по диссертационной работе были получены следующие результаты:

1. Анализ острых проблем электроснабжения населенных пунктов в децентрализованных районах южного Казахстана показал, что эффективным решением считается комбинированное использование энергоустановок на основе возобновляемых источников;

2. На основе проведенного анализа и оценки потенциала ВИЭ, установлено, чю наиболее перспективные для использования в районах южно1 о Казахстана, являются ветровые, солнечные и гидроэнергоресурсы;

3 Приведен метод решения задачи оптимизации параметров системы электроснабжения на основе ВИЭ по критерию удельной стоимости капитальных затрат с учетом основных требований потребителя, предъявляемых к энергообьекту, для обеспечения почасового баланса производимой и потребляемой энергии.

4. Сравнение себестоимостей производимой электроэнергии показало, что при использовании систем электроснабжения на основе ВИЭ стоимость вырабатываемой электроэнергии получается па 30-35% ниже, чем при электроснабжении локального объекта от дизельной электростанции, составляющей порядка 0,21 - 0,24 у.е./кВт.

5. На примере Жамбылской области южного Казахстана проведено обоснование выбора комбинированного энергокомплекса на основе ВИЭ для целей электроснабжения сельского населенного пункта потребной мощностью 100 кВт. Определена средняя выработка электроэнергии системы электроснабжения и показано обеспечение годового графика нагрузки потребителя. Решение задачи оптимизации установленных мощностей энергоустановок системы электроснабжения на основе ВИЭ показало, что при современных удельных капитальных затрашх на такие энергоустановки, комбинированное использование ВИЭ в рассматриваемом варианте является целесообразным.

6. Проведенная оценка основных экономических показателей рассматриваемых систем на основе ВИЭ при электроснабжении локального потребителя в условиях южного Казахстана, подтвердила экономическую целесообразность строительства в децентрализованных районах систем электроснабжения на основе ВИЭ с использованием аккумулирующих систем.

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах:

1 Бреусов В.П., Кариев Д.А., Ташимбетов М.А. Потенциал возобновляемых источников энергии в Казахстане //Возобновляемая энергетика 2003: состояние, проблемы, перспективы. Сборник докладов межд. научн.-практ. конф СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2003, 616 с. - С. 458 - 464.

2. Бреусов В.П., Ташимбетов М.А. Оценка ресурсов и состояние нетрадиционных источников энергии на территории Республики Казахстан //Энергетическая политика. - М., 2004, Вып. 2. - С.59 - 64.

3 Бреусов В.П, Ташимбетов М.А. Комбинированное использование возобновляемых источников энергии - рациональное направление энергоресурсосберегающей политики в республике Казахстан //Промышленная энергетика. - М., 2004, №11. - С. 53-55.

4. Бреусов В.П., д.т.н., Ташимбетов М.А. Проблемы энергосбережения южного региона Казахстана /Межд. научно-практ. конференция «ЮНЕСКО» «Использование нетрадиционных и возобновляемых видов энергии и способы ее хранения» 16-19 ноября 2004 года. Москва, 2004. - С.88 - 89.

5. Ташимбетов М А., Ананьев М.В Реализация программы по энергосбережению за счет использования энергии ветра и малых рек в Казахстане //Энерго- V/ресурсосбережение Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Сб. материалов Всероссийской студенческой олимпиады, научн.-практ. конференции и выставки студентов, аспирантов и молодых ученых. - Екатеринбург, 2004. - С.334 - 335.

6. Ташимбетов М.А., Ананьев М.В., Быков Е Н. Развитие возобновляющихся источников энергии как цель энергоресурсосберегающей политики на юге Казахстане //Политехнический симпозиум «Молодые ученые промышленности СевероЗападного региона - 2004». Материалы семинаров - «Экология и энергоресурсосбережение». - СПб., 2004. - С.17 - 18.

7. Бреусов В.П., Ташимбетов М.А., Ананьев М В. Комбинированное использование энергии ветра и малых рек в Казахстане //Вестник Тар ГУ им. М.Х. Дулати «Природопользование и проблемы антропосферы». - Тараз, 2004, №2. - С 143 - 147.

8. Бреусов В П, Ташимбетов М А., Ананьев М.В. К вопросу о развитии солнечной энергетики в Республике Казахстан. Состояние и перспективы солнечного потенциала //Промышленная энергетика. - М., 2005, №2. -С.46 - 49.

9. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии и их использование: Уч. пособие /В П Бреусов, Т С. Ишангалиев, М.А. Ташимбетов, и др. - Тараз: Изд-во ТарГУ, 2004. 131 с.

10. Бреусов В.П , Елистратов В.В., Ташимбетов М.А. Возобновляемые источники энергии и способы их использования (на примере Центрально-Азиатского региона) Под ред. д.т н., проф. Бреусова В.П. - СПб.: 2005. 135 с.

Лицензия ЛР № 065394 от 08 09.97

Подписано в печать №. (■(. 03~ Объем О п л. Тираж 400гхя Заказ Отпечатано в издательстве "Нестор" 195251, Санкт-Петербург, Политехническая, 29

i

:. 1 з з

РЫБ Русский фонд

2006-4 17311

Список используемых сокращений

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ В КАЗАХСТАНЕ

1.1. Современное состояние топливно-энергетического комплекса ^ Казахстана

1.2. Современное состояние энергоснабжения децентрализованных ^ потребителей в Казахстане

1.3. Анализ современного состояния использования возобновляемых источников энергии и основные проблемы развития возобнов- 19 ляемой энергетики в республике Казахстане

1.4. Использование возобновляемых источников энергии для надежного энергообеспечения децентрализованных потребителей Ка- 26 захстана

1.5. Постановка задачи исследований

ГЛАВА 2. ОЦЕНКА И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИИ В КАЗАХСТАНЕ, МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИХ ЭНЕРГОПОТЕНЦИАЛА

2.1. Оценка энергетических ресурсов ВИЭ в Казахстане

2.1.1. Оценка солнечного энергетического потенциала Казахстана

2.1.2. Оценка ветроэнергетических энергоресурсов Казахстана

2.1.3. Оценка энергии водных ресурсов Казахстана и перспектива ^ развития малой гидроэнергетики

2.1.4. Оценка биоэнергетических ресурсов и перспектива их ис- ^ пользования

2.2. Методики определения потенциала ВИЭ

2.2.1. Определение солнечного энергетического потенциала

2.2.2. Определение ветроэнергетического потенциала

2.2.3. Определение гидроэнергетического потенциала малых во- со

ДОТОКОВ

2.3. Районирование территории республики Казахстан и выбор наиболее благоприятных районов для комплексного использования 58 ВИЭ

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ МИКРОЭНЕРГОСИСТЕМ НА ОСНОВЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ: ОСОБЕННОСТИ И СТРУКТУРА

3.1. Классификация микроэнергосистем на основе ВИЭ

3.2. Схемные варианты микроэнергосистем на основе ВИЭ

3.3. Основные структурно-функциональные схемы микроэнерго- ^ систем на основе ВИЭ

3.4. Определение параметров индивидуального электроснабжения ^ автономного потребителя от микроэнергосистем на основе ВИЭ

3.4.1. Необходимость и определение параметров аккумулирую- ^ щих систем, входящих в энергосистему

3.5. Основные этапы проектирования микроэнергосистемы на ос- Q1 новеВИЭ

ГЛАВА 4. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МИКРОЭНЕРГОСИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ АВТОНОМНОГО ПОТРЕБИТЕЛЯ В УСЛОВИЯХ ЮЖНОГО КАЗАХСТАНА НА ПРИМЕРЕ ЖАМБЫЛ-СКОЙ ОБЛАСТИ

• 4.1. Определение энергетического потенциала возобновляемых ис- ^ точников в Жамбылской области

4.1.1. Общие сведения о Жамбылской области

4.1.2. Гидроэнергетические ресурсы области

4.1.3. Определение солнечного энергетического потенциала об- ^ ласти

4.1.4. Определение ветроэнергетического потенциала области

4.1.5. Оценка и перспектива использования биоэнергоресурсов в ^^ Жамбылской области

4.2. Объект электроснабжения и его основные характеристики

4.2.1. Общая характеристика объекта электроснабжения

4.2.2. График нагрузки потребителя

4.3. Определение параметров микроэнергосистемы на основе ВИЭ

4.3.1. Оптимизация установленной мощности энергоустановок ^ микроэнергосистемы на основе ВИЭ

4.3.2. Определение мощности аккумулирующих систем

4.3.3. Определение средней выработки электроэнергии энергоустановками микроэнергосистемы и обеспечение графика нагрузки 113 потребителя за счет их использования

4.3.4. Экономическая оценка выбранных параметров микроэнер- ^^ госистемы на основе ВИЭ

4.4. Определение показателей экономической эффективности мик- ^q роэнергосистемы на основе ВИЭ

В настоящее время в мире все больше и больше обсуждается проблема перехода к устойчивому развитию сообщества нации, развитых, развивающихся, слаборазвитых стран или регионов со своими географическими, национальными и историческими особенностями. Одним из общих определяющих параметров устойчивости развития является энергетика (энергоресурсы, потребление, выработка, установленная мощность и т.п.). Создание устойчивой системы энергообеспечения потребителей - необходимое условие обеспечение устойчивости экономического, политического и индустриального развития общества.

До сегодняшнего дня в мире более 90% всей потребляемой человеком энергии, приходится на долю органического топлива. Тем не менее, осознание того, что этот ресурс рано или поздно закончится, говорит о принятии определенных мер для существенных структурных изменений в ресурсной основе всего мирового энергетического сектора.

Сокращение запасов органического топлива усугубляется нерациональным и некомплексным использованием сырья, а также загрязнением окружающей среды. Эта тенденция, а также постоянный рост потребности в энергии выдвигают требования поиска альтернативных источников энергии и эффективного использования имеющихся ресурсов. По мнению многих специалистов в качестве последних могут служить возобновляемые источники энергии (ВИЭ).

О необходимости масштабного использования ВИЭ сегодня упоминается в серьезных государственных и международных программах, в специальной и популярной литературе, о них много говорится на различных форумах и конференциях. По инициативе ЮНЕСКО постоянно проводятся мероприятия, призывающие обратить внимание различных стран мира на необходимость и важность поддержки внедрения ВИЭ в практику, и это имеет за собой теоретические и практические основания. А в целом внедрение энергооборудования на основе ВИЭ имеет для каждой страны существенную целесообразность и актуальность.

Энергия возобновляемых источников поистине огромна и превышает объем годовой добычи всех видов углеводородного сырья. Важно отметить то, что их использование возможно практически во всех регионах мира, в том числе и в Казахстане.

Положительной стороной ВИЭ является то, что их использование не изменяет энергетический баланс планеты, что и послужило причиной бурного развития нетрадиционной энергетики за рубежом и весьма оптимистических прогнозов их развития в ближайшем десятилетии. ВИЭ играют значительную роль в решении трех глобальных проблем, стоящих перед человечеством: энергетика, экология и продовольствие.

Несмотря на то, что Казахстане имеются огромные запасы углеводородных энергоресурсов, здесь базируются огромные запасы и возобновляемых источников энергии. Однако для их участия в энергетическом балансе страны оставляет желать лучшего (около 2 - 3%).

В настоящее время одними из главных проблем для энергетики Казахстана считается острая нехватка электроэнергии в южном регионе республики. Причиной этому послужило: критически высокая степень износа основных производственных мощностей электростанций Казахстана (до 58,5%); высокие потери электроэнергии при ее транспортировке по межрегиональным и региональным электросетям (до 60% и более); острый дефицит инвестиционных ресурсов в отраслях энергетики Казахстана; сильно изношенное состояние почти половины электро- и тепловых сетей республики. Кроме того, южный регион Казахстана отличает ограниченное количество электростанций, а также ограниченное количество электростанций и подстанций в этом регионе. В связи с этим, одной из главных социальных задач энергетики Казахстан на сегодняшний день является надежное обеспечение электроэнергией потребителей южного Казахстана, особенно тех, которые расположены в районах децентрализованного электроснабжения. Для таких потребителей использование ВИЭ является наиболее перспективным направлением.

Альтернативная энергетика для Казахстана - это важная и разноплановая проблема. Доведение доли использования ВИЭ в целом по Казахстану до 20 -30% от общего энергобаланса, ну а в последствие увеличение этого показателя, смогло бы сыграть важную роль при полном исчерпании ископаемых ресурсов. А совместная межгосударственная деятельность специалистов в области нетрадиционных технологий, а также со специалистами России и зарубежья, повысила бы стимул к внедрению таких технологий в энергетику региона. При этом решилась бы проблема рационального и эффективного использования топливно-энергетических ресурсов и сокращения вредного воздействия энергетического сектора на окружающую среду. И главным для этого считается необходимость применения соответствующего государственного регулирования с целью создания условий для привлечения инвестиций в энергосбережение, развитие ВИЭ.

Актуальность темы диссертационной работы определяется тенденцией развития энергетики Казахстана, и необходимостью решения энергетических проблем, связанных с энергосистемой региона, и, прежде всего, проблем энергоснабжения труднодоступного от централизованной системы потребителя. При этом достичь высокого социального эффекта и минимального воздействия на окружающую среду.

Целью диссертационной работы является комплексное изучение и обоснование возможностей эффективного использования ВИЭ в микроэнергосистемах для энергообеспечения автономного потребителя южного Казахстана. Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:

1) проведение оценки ресурсов ВИЭ в Казахстане, с целью определения экономически-эффективного потенциала и расчета технико-экономической целесообразности использования ВИЭ в южном Казахстане;

2) проведение районирования южного Казахстана по потенциалу ВИЭ и выявление регионов благоприятных для комплексного их использования;

3) проведение анализа особенностей микроэнергосистем на основе ВИЭ и технических схем с учетом специфики регионов;

4) выявление основных базовых принципов проектирования и технико-экономического обоснования строительства автономных систем энергоснабжения на основе ВИЭ;

5) разработка методики обоснования выбора микроэнергосистем на основе ВИЭ для децентрализованного потребителя южного Казахстана и выявления их эффективности.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• оценены и определены теоретические и возможные к использованию энергоресурсы возобновляемых источников южного Казахстана;

• проведено районирование южного Казахстана по регионам республики, благоприятных для комплексного применения ВИЭ;

• сформулированы основные принципы и этапы проектирования микроэнергосистем на основе ВИЭ;

• обоснована возможность комплексного использования ВИЭ для электроснабжения автономного потребителя в условиях юга Казахстана.

• проведено технико-экономическое обоснование целесообразности использования микроэнергосистем на основе ВИЭ на территории юга республики.

Достоверность полученных результатов. Научные положения, выводы и рекомендации обоснованы и не противоречат известным методам и подходам, применяемых в научно-технических основах использования ВИЭ.

Практическая значимость работы Представленная работа, содержит основные принципы формирования и строительства микроэнергосистем на базе ВИЭ, определяющие направления стимулирования и развития использования ВИЭ для устойчивого энергоснабжения потребителей Казахстана.

Результаты исследования направлены на повышение конкурентоспособности и эффективности использования данных энергосистем на основе ВИЭ, что крайне важно для улучшения экологической и социальной обстановки, особенно в энергодефицитных регионах страны.

Личный вклад автора определяется разработкой новых подходов к использованию ВИЭ в микроэнергосистемах для электроснабжения автономных потребителей южного Казахстана, разработкой метода по обоснованию выбора энергообъекта на основе ВИЭ, а также созданию основных схемных решений при формировании структуры и проектировании микроэнергосистем на основе ВИЭ.

Апробация работы. Результаты выполненной работы докладывались и обсуждались на различных семинарах, конференциях, симпозиумах: Международная научно-практическая конференция «Возобновляемая энергетика 2003: состояние, проблемы, перспективы» (Санкт-Петербург, 2003); Политехнический симпозиум «Молодые ученые промышленности Северо-Западного региона» (Санкт-Петербург, 2004); Всероссийская научно-практическая конференция аспирантов и молодых ученых «Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (Екатеринбург, 2004); Международная научно-практическая конференция «Использование нетрадиционных и возобновляемых видов энергии и способы ее хранения» (Москва, 2004).

Публикации. По основным результатам диссертации опубликовано 8 работ и 2 учебных пособия.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 90 наименований. Общий объем работы составляет 134 страницы машинописного текста.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Решение важной научной и народнохозяйственной задачи повышения эффективности использования возобновляемых источников и энергообеспечения потребителей республики Казахстан, потребовало проведения комплексных исследований, основные результаты которых могут быть сформулированы следующим образом:

1) проведенный анализ современного состояния энергетики Казахстана показал, что республика располагает ограниченным количеством электростанций (в основном тепловых, работающих на углеводородном топливе), которые размещены весьма неравномерно. При этом на огромной территории республики (2,72 млн. км ) насчитывается всего лишь около 100 узловых подстанций напряжением 220 кВ и выше; расстояния между ними нередко достигают 500 - 800 км. Плотность центров питания в Казахстане в 8 раз ниже, чем в Европейской части бывшего Союза. При этом в настоящее время одними из главных проблем для энергетики Казахстана считается острая нехватка электроэнергии в южном регионе республики, особенно у потребителей, удаленных от централизованного энергоснабжения;

2) большая разбросанность на территории южного Казахстана малых городов, райцентров, поселков, хозяйственных точек и производственных объектов, в которых проживает преобладающая часть населения, обусловливает сооружение весьма протяженных линий электропередачи, плечо которых нередко доходит до 300 - 400 км при значительном числе ответвлений, что в свою очередь становится нецелесообразным. В результате чего в регионе существует множество децентрализованных потребителей, в строительство распределительных линий многократно превышает оптимальный радиус электроснабжения, крайне удорожает эксплуатацию распределительной сети, ухудшает режим работы и приводит к большим технологическим потерям электроэнергии;

3) современное состояние электроэнергетической отрасли республики таково, что определяющим фактором становятся не только проблемы выработки электроэнергии, сколько проблемы ее доставки потребителям. При отказе распределительной сети электроэнергия, выработанная на электростанциях или поступившая из-за рубежа, не сможет быть доставлена до потребителя. Это новая стратегическая ситуация, требующая привлечения к себе самого пристального внимания и выработки принципиально новых подходов.

Резюмируя вышеизложенное, следует отметить, что перед Казахстаном стоит важная задача - обеспечение роста производства электрической энергии. Решение этой задачи может идти различными путями. Это строительство, техническое перевооружение и расширение существующих электрических станций, внедрение ресурсосберегающих технологий и т.п, в основном в целях энергоснабжения сельских децентрализованных потребителей. При этом нельзя сбрасывать со счетов использование возобновляемых источников энергии.

Учитывая это, в работе решены следующие целесообразные направления:

1. Проведен анализ современного состояния энергетики Казахстана и выявлены наиболее острые проблемы электроэнергетической отрасли;

2. Проведен анализ децентрализованных потребителей республики и южного Казахстана, и определены наиболее целесообразные и перспективные направления обеспечения их потребностей, с целью решения экономической, социальной и экологической ситуации в районе их расположения;

3. Проведена оценка потенциала ВИЭ в регионах республики;

4. Установлены наиболее перспективные для использования в целях энергетики возобновляемые источники энергии для перспективных районов республики Казахстан и проведено районирование территории республики на регионы благоприятные для комплексного использования ВИЭ;

5. Приведены методики определения энергетического потенциала ВИЭ, применительно к условиям Казахстана;

6. Приведены основные пути решения проблем электроснабжения децентрализованных потребителей на базе автономных микроэнергосистем на основе ВИЭ;

7. Предложены схемы микроэнергосистем на основе ВИЭ, указаны их преимущества и недостатки при энергоснабжении автономного потребителя;

8. Представлена методика выбора параметров микроэнергосистемы на основе ВИЭ, а также разработаны основные принципы при проектировании энергосистем на ВИЭ;

9. На примере Жамбылской области южного Казахстана проведено обоснование выбора микроэнергосистемы на основе ВИЭ для целей электроснабжения сельского населенного пункта. Определена средняя выработка электроэнергии микроэнергосистемы и показано обеспечение графика нагрузки потребителя;

10. Определены основные экономические показатели выбранной микроэнергосистемы на основе ВИЭ и обоснована экономическая целесообразность использования микроэнергосистем на основе ВИЭ в южном Казахстане.

Задачей дальнейших исследований является проведение полных климатических исследований по Казахстану с целью определения точных данных по ресурсам ВИЭ и внедрения альтернативных технологий на их основе. А также разработка проектов, связанных с развитием эффективной электроэнергетической отрасли, основанных на снижении воздействий на окружающую среду, и поднятием социального и экономического статуса всего региона.

1. А.Трофимов Некоторые вопросы развития электроэнергетики Казахстана //Энергетика, Рынок, Интеграция. Сб. докладов. Алматы, 1998, с. 62 66.

2. А.А. Крашенников Перспектива использования нетрадиционных источников энергии //Энергетика и топливные ресурсы Казахстана, 1992, №1. С.48 -52.

3. А. БЕЙБАРСОВ, 19.11.2004. Источник: http://www.kubhost.com

4. А.Е. Викторов, JI.A. Нечаев, JI.H. Чернокнижная Перспективы использования солнечной энергии в народном хозяйстве Казахстана. Алма-ата: «КазНИИ научно-технической информации и технико-экономических исследований (КазНИИНТИ), 1974.

5. А.А. Ильиных Основные направления гелиофикации сельскохозяйственного производства Казахской ССР //Тезисы докладов. Использование ВИЭ в практике народного хозяйства республики. Фрунзе: Илим, 1988. С.17 - 20.

6. Атлас энергетических ресурсов СССР /под ред. А.В. Винтера. Т II, выпуск 16, 1937.

7. Агроклиматический справочник по Жамбылской области. JI: Гидрометео-издат, 1974, 116 с.

8. Б.М. Маринушкин Проблема развития нетрадиционной энергетики // Энергетика и топливные ресурсы Казахстана, 1992, № 1. С. 115 117.

9. Б.М. Маринушкин Энергию ветра на службу народному хозяйству // Энергетика и топливные ресурсы Казахстана, 1993, №1. С.80 - 82.

10. В.В. Высоцкий Сырьевая база нефтегазовой промышленности стран СНГ //Мировая энергетическая политика, №10(20), 2003.

11. В.А. Джангиров Роль инженерных изысканий в освоении гидроэнергетических ресурсов государств Содружества //Гидротехническое строительство, 2002 -№ 3, С.З -5.

12. В.Г. Некрасов Перспективы биоэнергетики в Казахстане //Энергетика и топливные ресурсы Казахстана, 1994, № 2. С.21 24.

13. В.В. Елистратов Основы и методы гидравлического аккумулирования энергии возобновляемых источников. Дисс. . д-ра техн. Наук. Санкт-Петербург: СПбГПУ, 1996.

14. В.П. Бреусов, В.В. Елистратов Обоснование комбинированных энергосистем, работающих на энергии возобновляемых источников //Известия Академии Наук Энергетика. 2002, №6. с.36 - 41.

15. В.П. Бреусов Использование энергии возобновляемых источников в комбинированных автономных энергосистемах. Автореферат дисс. . д.т.н. Санкт-Петербург: СПбГПУ, 2002.

16. В.П. Бреусов Использование энергии возобновляемых источников в комбинированных автономных энергосистемах. Дисс. . д-ра техн. Наук. Санкт-Петербург: СПбГПУ, 1996.

17. В.А. Грилихес. Методика расчёта поступления солнечного излучения на наклонную поверхность. Курс лекций в СПбГПУ, 2003г.

18. В.В. Виссарионов Расчет потенциала ветрового энергоресурса: Уч. пособие по курсу «Теоретические основы энергетики возобновляемых источников», «Проектирование и эксплуатация СЭС и ВЭС». М.: Изд-во МЭИ (ТУ), 1998.

19. В.В. Елистратов, М.В. Кузнецов Теоретические основы нетрадиционной и возобновляемой энергетики. Ч. 1. Определение ветроэнергетических ресурсов региона: Уч. пособие. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2004. 59 с.

20. B.C. Трухов, И.Н. Турсунбаев Исследование, разработка и опыт применения двигателей Стирлинга в автономных энергетических установках, использующих нетрадиционные источники энергии. Ташкент: УзНИИНТИ, 1988.

21. В.Е. Гмурман Теория вероятностей и математическая статистика. М., Высшая школа, 1977.

22. Г.С. Асланян, С.Д. Молодцов, Е.В. Надеждин Энергетика и энергетическая политика стран Центральной Азии //Энергетическая политика, 2003, В.З. С.30-38.

23. Г.С. Асланян, С.Д. Молодцов Финансовые проблемы развития нетрадиционных ВИЭ //Бизнес и инвестиции в области ВИЭ в России, Труды Международного конгресса Россия, Москва 31.05 - 4.06.99, часть III, М.: 1999.

24. Государственная программа развития сельских территорий на 2004-2010 годы от 10 июля 2003 года № 1149, Астана, 2003 год.

25. Г. Уокер Двигатели Стирлинга: Пер. с англ. М.Машиностроение, 1985.

26. Г. Ридер, Ч. Хупер Двигатели Стирлинга. Пер. с англ. М: Мир, 1986.

27. Д.А. Кариев Модернизация гидроэнергетических установок и использование ВИЭ в энергообеспечении (на примере Республики Казахстан): Автореферат дисс. на соискание ученой степени д.т.н. (05.14.16).- СПБГПУ. -Санкт-Петербург, 1999.

28. Д.А. Кариев, Б.Б. Аманбаев, Е.К. Кенжебаев Вопросы экологии и экономии энергоресурсов при производстве электроэнергии //Вопросы экологии и экономики, научные доклады. Алматы: Казак университет, 2002. С.З - 8.

29. Д.А. Кариев Модернизация гидроэнергетических установок и использование ВИЭ в энергообеспечении (на примере Республики Казахстан): Дисс. . д.т.н.- СПБГПУ. Санкт- Петербург, 1999.

30. ЗЗ.З.И. Пивоварова, В.В. Стадчик Климатические характеристики сонечной радиации как источника энергии на территории СССР /Под ред. И.Д. Копа-нева. научн. справочное пособие. - JL: Гидрометиоиздат, 1988.

31. Интернет ресурс http://www.governinent.kz/, источник: Журнал «Мерей»

32. Интернет ресурс: www.politvector.ru

33. Интернет ресурс, HCTO4HHK:http://nomad.su/?a-4-200307120028

34. Интернет ресурс, источник: http://www/gazeta.kz/art.asp

35. Интернет ресурс: по материалам news.ru ИА «Альянс Медиа».

36. Интернет ресурс, источник: Экомузей (Караганда) http://www.idc.rz/ и http://www.ecomuseum.freenet.kz/

37. Интернет ресурс, источник: http://nature.kz/

38. Интернет ресурс: http://www.stat.kz/ Источник: Агентство республики Казахстан по статистике.

39. Интернет ресурс: http://homad.su/ Источник: «Homad кочевник».

40. К.Д. Дукенбаев Энергетика Казахстана. Движение к рынку. Алматы: Гы-лым, 1998.

41. К.В. Омельяненко, А.Я. Сирока Программа развития нетрадиционной энергетики Казахстана //Энергетика и топливные ресурсы Казахстана, 1993, №4. С.21-25.

42. К.А. Токамбаев новые принципы использования возобновляемых источников энергии в сельском хозяйстве горных районов (на примере Каргизской ССР) /Отв. ред В.А. Рожнов; АН КиргССР, Ин-т автоматики. Фрунзе: Илим, 1990.-280 с.

43. Комплексное исследование и использование ВИЭ на научном полигоне «Десна» /О.Г. А.С. Голованов, С.А. Кудря, Л.П. Федосенко. Киев: ИЭД, 1988.

44. Л.П. Федосенко, О.Г. Денисенко, С.В. Маргалик, В.Г. Калинина Экономико-математическое моделирование в комплексных системах с возобновляемыми источниками энергии. Киев, 1989. -43 с.

45. М. Камбаров Электроэнергетика: от чистого истока//газета «Казахстанская правда», Алматы. сентябрь №12, 2003.

46. Международная энергетическая политика, 2003, № 3. С.7.

47. М.М. Мухаммадиев, Б.У. Уришев Автономные энергокомплексы на базе ВИЭ /Научная школа Ю.С. Васильева в области энергетики и охраны окружающей среды: Сб. науч. тр. /Под ред. М.П. Федорова и В.В, Елистратова. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2004. 132 с.

48. М.А. Таранов, С.М. Воронин, А.С. Воронин Правила приведения случайных величин. В сб: Адаптивные технологии и технические средства в полеводстве и животноводстве. Зерноград: ВНИПТИМЭСХ, 2000. С. 287-289.

49. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов (вторая редакция) /Руководители: Косов В.П., Лившиц В.Н., Шахназарова А.Г. и авторский коллектив. М.: НПО «Изд-во Экономика», 2000.

50. Н.Н. Баранов Разработка электрических и электронных аппаратов контроля и предотвращения авариных ситуаций в системах электроснабжения, использующих НИЭ //Электротехника, 2002, №2. С.26.33.

51. Н.С. Куленов Электрификация жилищ: (методы и модели прогнозирования). Алма-ата: Наука, 1984. - 184 с.

52. Опыт проектирования систем использования возобновляемых источников энергии (солнца и биомассы) /В .Г. Некрасов, И.М. Горзиб. Алма-ата: КазНИИНТИ, 1990.

53. Г. Денисенко Комплексное использование ВИЭ Киев: О-во «Знание» УССР, 1984.

54. П.П. Безруких, Д.С. Стребков Нетрадиционная возобновляемая энергетика в мире и России. Состояние, проблемы, перспективы //Энергетическая политика. 2001, №3. С.З 13.

55. Постановление Правительства Республики Казахстан от 9 апреля 1999 года N 384 "О Программе развития электроэнергетики до 2030 года", Интернет ресурс: http://www.kegoc.kz/ Источник: Казахстанская компания по управлению электрическими сетями.

56. П.П. Безруких, Ю.Д. Арбузов, В.И. Виссарионов и др. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых истчоников энергии в России /Коллектив авторов. СПб.: Наука, 2002. 314 с.

57. П.П. Безруких, Г.И. Сидренко Основные методические положения выбора демонстрационных объектов возобновляемой энергетики (на примере Республики Карелия) //Энергетическая политика. 2004, №4. С.8 21.

58. Р.И. Борисов, И.Е. Марончук, В.П. Буриченко Определение структуры и установленной мощности нетрадиционных источников энергии //Электричество №6/2002. С.2 5.

59. Р.И. Борисов, И.Е. Марончук, В.В. Щербак Оптимизация планирования установленной мощности комплекса нетрадиционных источников энергии //Электронное моделирование, 2003, Т.25 №4. С.119 - 123.

60. Р.И. Борисов, Буриченко В.П. Оптимизация выбора установленной мощности ВЭС Изв. Вузов СНГ //Энергетика, 1999, №5. С.58-64

61. Р.А. Амерханов Биогаз топливо для выработки электроэнергии //Возобновляемая энергетика - 2003: состояние, проблемы, перспективы:

62. Сб. докладов Международной Научно-практической конференции. СПб: Из-во СПбГПУ, 2003. Под общей редакцией д.т.н., проф. Елистратова В.В. -С.93-96.

63. Расчет ресурсов солнечной энергетики /В.И. Виссарионов, Г.В. Дерюгина, С.В. Кривенкова и др.; Под ред. В.И. Виссарионова М.: Изд-во МЭИ, 1998.-61 с.

64. Р.А. Амерханов Оптимизация сельскохозяйственных установок с использованием возобновляемых видов энергии. М.: КолосС, 2003 - 532 с.

65. Руководящие материалы по проектированию электроснабжения сельского хозяйства. М., Сельэнергопроект, 1981.

66. Рекомендации по определению климатических характеристик ветроэнергетических ресурсов. Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Войе-кова и Научно-производственное объединение «Ветроэн», Ленинград «Гидрометеоиздат, 1989.

67. С. Сейиткурбанов Комбинированные гелиоветроэнергетические установки /Под ред. акад. Р.Б. Байрамова. Ашхабад: Ылым, 1991. - 144 с.

68. С.Н. Макаровский Выбор мощности комплекса ветроэлектростанция -электрокотельная //Известия Академии Наук Энергетика, 2001, №2. С. 104-112.

69. С.В. Жарков Использование энергии ветра на энергоустановках с газовыми турбинами //Известия Академии Наук Энергетика, №5 2003. С.130- 135.

70. Справочник по климату СССР Ленинград, Гидрометеоиздат, 1976г.

71. Справочник по климату СССР выпуск №18 (Казахстан). Ветер, 1966.

72. Справочник по климату СССР выпуск №18, часть 1(Казахстан): Солнечная радиация, радиационный баланс и солнечное сияние, 1976.

73. Справочнике «Ресурсы поверхностных вод СССР» (Гидрологическая изученность. Т. 18. Бассейн рек Чу, Талас, Сырдарья. — Л.: Гидрометеоиздат, 1966.

74. Т. Королева. Источник: http://www.undp.kz/mass media coverage/

75. Т.В. Малинина, В.А. Таратин Экономика и управление на энергетических предприятиях. Технико-экономическое обоснование параметров районной ТЭЦ: Уч. Пособие. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2001. 63 с.

76. У.С. Карабалин, Г.А. Папафанасопуло Казахстан новые горизонты в энергетическом хозяйстве // Энергетика и топливные ресурсы Казахстана, 1994, №2, с.7-12.

77. Ф.Т.Мирзаев, Н.Б. Турецкий Гидротехническое строительство в Средней Азии и перспектива освоения гидроэнергетических ресурсов //Гидротехническое строительство, 2002 2, С.26 - 27.

78. Ш.Ч. Чокин и др. Основы развития энергетики Казахстана. Алма-ата: Казахстан, 1971.

79. Э.Г. Боос Перспективы использования НИЭ в народном хозяйстве Казахстана. Алма-Ата: КазНИИНТИ, 1987.

80. Э.М. Перминов Развитие ветроэнергетики //Энергетик, 1993-№9. С.2 6.

81. Ю.К. Розанов, Н.Н. Баранов, Б.М. Антонов, Е.Н. Ефимов, А.В. Соломатин Силовая электроника в системах с нетрадиционными источниками электроэнергии //Электричество, №3/2002. С.20 28.

82. Ю.С. Васильев, В.В. Елистратов Теоретические и прикладные аспекты комплексного использования ВИЭ //Известия Академии Наук Энергетика, 1999, №3. С.44 -49.

83. Ю.С. Васильев, Н.И. Хрисанов Экология использования возобновляющихся энергоисточников. Л.: Из-во ЛГУ, 1991 - 331 с.

84. Я.А. Васильев, И.Я. Вальковицкий Гидроэнергетические ресурсы Казахстана: состояние и перспективы использования //Гидротехническое строительство, 2002 2, С.42 - 46.

85. Я.Б. Данилевич, А.Н. Коваленко, В.Л. Шилин Автономные системы электро- и теплоснабжения с буферным накоплением энергии //Известия Академии Наук Энергетика, 2002, №1. С.69 - 78.90.1nvited Paper ELECTRA, № 205 December, 2002.