XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Сегодня традиционные энергоресур­сы (углеводородное топливо, гидроресур­сы) и технологии, реализующие их транс­формацию в доступные формы энергии, не всегда способны обеспечивать требуемый уровень энерговооруженности мировой экономики и потребность в энергии насе­ления. Кроме требований энергетического характера рассматриваемый сектор эконо­мики сталкивается также с исчерпаемостью исходного сырья и многочисленными эко­логическими проблемами, возникающими при добыче энергоносителей, выработке и транспортировке энергии. Поэтому во всем мире ищут замену традиционным источникам энергии на более безопасные, экологически чистые и возобновляемые. Основным из возможных решений данной проблемы является возобновля­емая энергетика. Возобновляемым источни­кам энергии (ВИЭ) относятся: солнечная, ветровая, геотермальная, энергия морских волн, приливов и океана, энергия биомас­сы и гидроэнергия больших и ма­лых водотоков[1,2]

Энергия возобновляемых источников 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 Таджикистане.

Таджикистан расположен между 36°40' и 41°05' северной широты, в зоне так называемого «золотого пояса» солнечного сияния. Континентальный климат характеризуется значительными суточными и сезонными колебаниями воздуха, малым количеством осадков, сухостью воздуха, малой облачностью и продолжительностью солнечного сияния 2100–3166 часов за год, а количество солнечных дней в году колеблется от 260 до 300. Широкомасштабное использование солнечной энергии в Таджикистане (особенно в сельской местности и горных регионах) будет способствовать не только улучшению энергообеспеченности населения, повышению жизненного уровня, но и одновременно развитию современных технологии [1].

В республике большая часть населения проживает в сельской местности, а промышленность начинает умеренно развиваться и большого ущерба окружающей среде не наносит. Однако, нехватка электроэнергии, особенно в осенне-зимний период, вынуждает население использовать в качестве топлива дрова. Вырубаются деревья и кустарники, ресурсы которых у нас и так не велики.

Одним из путей преодоления данного рода проблем, является прямое использование энергии солнца. Таджикистан, благодаря своим природно-климатическим условиям, является одним из наиболее подходящих регионов для широкого применения солнечной энергетики.

Солнечная радиация может быть преобразована в полезную энергию, используя так называемые активные и пассивные солнечные системы. Пассивные системы получаются с помощью проектирования зданий и подбора строительных материалов таким образом, чтобы максимально использовать энергию Солнца. К активным солнечным системам относятся солнечные коллекторы. Также в настоящее время ведутся разработки фотоэлектрических систем - это системы, которые преобразовывают солнечную радиацию непосредственно в электричество [3].

Как выше сказано, географическое и климатическое условия дают основу для создание энергокомплекса на базе ВИЭ, способно решать энергетический задач. Для энергообеспечения сельских зданий расположенного широте 40 в РТ, рассмотрим энергопотребление и выбор источника энергообеспечения за счет преобразование солнечной энергии в тепловую и электрическую. Средний уровень потребности в энергии сельских зданий ≈ 10 кВтч/сут.

Q д.п ≈ 10кВт∗ч/сут. или ≈ 3650 кВтч/год; Q д.п – среднесуточная потребляемая энергия.

Необходимое суточное количество энергии для горячей воды в сельских зданиях:

Q = C_вm(t_к–t₀) = 4,19∗80∗(70−10) =20112 кДж = 5,5кВтч/сут.,

где Q - необходимое количество энергии для солнечных коллекторов;

С - удельная теплоёмкость воды;

m - масса воды;

tк -конечная температура воды;

t0- начальная температура воды.

Q_э.э= Q_д.п -Q=10-5,5 = 4,5 кВтч/сут.

Q_э.э- среднесуточная потребляемая электроэнергия.

Таблица 1. Широтное распределение месячных сумм суммарной солнечной радиации при условии безоблачного неба, кВтч/м² [4]

Широта	650	60°	550	500	450	40°
Январь	8,1	20,9	39,1	57,3	77,4	90
Февраль	31,7	47,9	66,1	84,3	104,4	112
Март	91,6	115,4	133,6	151,8	168,2	180
Апрель	159,8	171,0	185,0	198,9	211,0	220
Май	233,0	234,4	241,3	248,1	254,6	260
Июнь	260,2	258,6	259,3	260,0	262,6	263
Июль	250,8	249,6	253,9	258,2	262,0	265
Август	183,6	192,2	204,3	216,4	227,4	239
Сентябрь	105,7	124,9	142,9	160,9	174,3	185
Октябрь	52,3	72,1	93,4	114,7	133,4	149
Ноябрь	15,5	27,6	45,2	62,8	82,2	99
Декабрь	2,3	13,3	30,3	43,2	66,9	87

Таким образом, выделенный столбец означает, что за декабрь месяц суммарная солнечная радиация в широте 40⁰составляет Q_м.д=87кВтч/м². Значение минимальной суточной суммарной солнечной радиации Q_с.д ( Д - количество дней) составляет: Q_с.д = Q_м.д Д = 87/31 = 2,8 кВтч/сут . Значение максимальной суточной суммарной солнечной радиации Q_с.и (июль) составляет: Q_с.и = Q_м.и /Д = 265/31 = 8,5кВ ч/сут.

Полученная энергия солнца от солнечного коллектора, при среднем ее значении η =30% , составляет:

декабрь месяц: Q_д = Q_с.д η = 2,8 ∗ 0,3 = 0,84кВт ч/сут.

июль месяц: Q_и = Q_с.иη =8,50,3=2,55кВтч/сут.

Определим площадь для указанных месяцев:

декабрь месяц: S_д = Q/Q_д = 5,5/0,56=6,54 м²;

июль месяц: S_и=S_и/Q_и=5,5/1,7=2,1 м².

Выберем площадь солнечного коллектора S_Ск =7м²

Теперь посчитаем площадь солнечной электростанции.

Полученная энергия солнца от солнечной электростанции (СЭС), при среднем ее значении η =15% , составляет:

декабрь месяц: Q_д = Q_с.д η = 2,8 ∗ 0,15=0,42кВт ч/сут.

июль месяц: Q_и = Q_с.иη =8.5∗0,15=1,3кВтч/сут.

Определим площадь для указанных месяцев:

декабрь месяц: S_д = Q/Q_д = 4,5/0,42=10,71 м²;

июль месяц: S_и=S_и/Q_и=4,5/1,3=3,46 м².

Выберем площадь солнечной электростанции (СЭС) S_Ск =11м²

Внедрение комплексных энергоэффективных систем автономного и смешанного энергообеспечения сельских зданий, использующих возобновляемые и местные энергоресурсы, позволит:

повысить уровень и качество электро-, тепло- и водоснабжения сельских населенных пунктов, зданий и сооружений;

снизить потери ресурсов, обеспечить энергосбережение;

повысить энергоэффективность и уровень энергообеспеченности удаленных, рассредоточенных сельских объектов малой и средней мощности.

Литература

1.Солнечная энергетика. Состояние, возможности использования и перспективы развития. Составители: Ахмедов Х. М., Галигалис С., Эльназаров А. — Душанбе: Дониш, 2007. С. 96.

2. Соколов, М.М. Возобновляемые источники энергии: учебн. пособие / М.М. Соколов. – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 99с., ил.

3.Лавриненко П.Н., Кабилов З.А. Возможности использования солнечной энергии в Таджикистане.- Обзор инф. - Душанбе, 2005, 50 с.

4. Юлдашев М. А. Энергообеспечение сельского дома за счёт использования возобновляемых источников энергии в Республике Таджикистан //VII Международная студенческая электронная научная конференция «Студенческий научный форму-2015». Москва 2015 г.

Код для цитирования: Скопировать