ЖЕЛ ЭНЕРГИЯСЫН ҚОЛДАНУ МӘСЕЛЕЛЕРІ

Аннотация

Қазіргі кезде бүкіл жер бетіндегі елдерде, соның ішінде Қазақстанда энергия дефициті байқалады. Қазақстан Республикасының энергетикалық жоспарында негізінен жылу электр станциялар салыну жоспарланған. Қазіргі үлкен қалалардағы экологиялық жағдайды ескерсек, жылу электр станцияларының қосымша салынуы бұл проблеманы шешудің орнына оны тереңдете түседі.

Сондықтан да бізге қайта толығып отыратын энергия көздерін пайдалану қажет. Мысалы жел энергиясы, су энергиясы, күннің энергиясы. Осы мәселеге Европа елдері және АҚШ негізінен нақты көңіл бөліп, іске асыра бастаған. Мысалы, Америкада 2006 жылы 2000 жел қондырғысы орнатылды. Қазіргі кезде пайдаланатын энергияның 1 % жел энергиясына тиесілі. Бірақ АҚШ – тың жоспарлары бойынша 2030 жылға дейін пайдаланатын энергияның 20 % жел энергиясы болады.[9]

Қазақстан Республикасының табиғи климаттық жағдайы жел энергиясын кең түрінде пайдалануға жол ашады. Менің ойымша альтернативті энергия көзі біздің ел үшін осы, жел энергиясы, болмақшы.

Жер бетіндегі соғатын желді пайдаланатын жел диірмендерінің көптеген кемшіліктері бар. Сол себептен жердің бетінен үлкен биіктікте соғатын жел энергиясын пайдалану тиімді.

Жердің бетінен ондаған метр биіктікте желдің жылдамдығы 5 – 6 м/с жетеді. Ол тұрақты және көп мөлшерде энергияны береді. Сондықтан биіктікте қондырғыны пайдалану арқылы кез – келген жерден алуға болатын энергия көзін аламыз.

Қондырғы өте қарапайым және көп қаражатты қажет етпейді. Шуы естілмейді, сондықтан үйлердің маңайында, қаланың ішінде орнатуға болады. Ешқандай бағаналар мен сымдарды қажет етпейді, энергияны тікелей тұтынушыға жеткізеді.

Бұл жобаны іске асыру арқылы көптеген проблемаларды бір күнде жояр едік.

Келешек дәстүрлі емес энергия көздерінде. Сондықтан да қазірден бастап жерімізді сақтап қалу мүмкіншілігіміз бар. Оны жел энергиясы арқылы іске асырайық.

Кіріспе

Тақырыптың өзектілігі:

а) Барлық бізге белгілі энергия көздері таусылуға жақын (таскөмір 570 жылға, мұнай 35 – 40 жылға, ал газ 50 жылға жетеді).

б) Мұнайды, таскөмірді, газды өндіру, оны іздеу өте үлкен қаржы қажет етеді. Көптеген өте күрделі жұмыстарды және көп технологияларды қажет етеді.

в) Осы энергиялық ресурстарды пайдаланудың экологиялық жақтары: электр энергиясын алу үшін және транспорттың жүруін қамтамасыз ету үшін жағылатын отын (мұнай, бензин, көмір) жанған кезде бөлініп шығатын көмірқышқыл газы жер бетінің жылулық сәулесін жұту арқылы, ауа райының әлемдік жылуына әкеліп соғады. Соңғы екі ғасырдағы адамзаттың іс-қимылы табиғатқа елеулі нұқсанын тигізді. [4]

Экономикалық даму қарқыны ол энергетиканың барлық жағынан дамуы арқылы жүреді. Адамзатқа электр энергиясы өте қажет және оның қажеттігі жыл сайын артуда. Сол себептен барлық елдерде энергия алудың альтернативті жолдары қарастырылды.

Мысалы, дүние жүзіндегі жаңа технологияның 60 пайызға ие болып отырған АҚШ-тың ғалымдары іштен жанатын сутегідвигателін жасау жағын қарастыруда. Ойлап тапқан ғалымға 3 млрд.доллар сыйақы.

Бразилия мен Швейцарияда бензиннің орнына биоэтанол қолдану жұмысы жүріп жатса, Қытайда автокөліктерге жүгеріден жасалған сұйық отын құйылады.

Қазақстан да өзінің стратегиялық индустриалды инновациялық даму бағыттарын белгілей отырып, табиғаттағы қуат көздерін игеріп, іске жаратуға көңіл бөледі.

Зерттеудің мақсаты. Біздің республикада жел энергетикасын дамыту Қазақстан үшін Жел энергиясын қолдану біршама басқаларға қарағанда тиімді екеніне көз жеткізу.

Біріншіден, біздің елдің климаты шұғыл континентальды. Әсіресе осы Ақмола облысы маңайында жел барлық жерде соғады. Және ашық қоныстанбаған аумақтар, теңіз, көлдер де бар.

Екіншіден, жел қондырғылары теңіздерде, көлдерде, ашық, адамдар тұрмайтын аймақтарда салынуы тиіс. Ғалымдардың айтуы бойынша жел энерго қондырғылары жұмыс істеу үшін желдің жылдық орташа жылдамдығы 3,5 – 4 м/с кем болмауға тиіс. Ал біздің Республикамызда соғатын жел жылдамдығы 3,5 – 6 м/с дейін жетеді. Осының барлығын ойластыра келіп, жел энергиясын алу біздің елге қаншалықты тиімді екенін зерттеп анықтағым келді. [6]

Зерттеудің міндеттері. Осы күнгі жұмыс істеп тұрған электр станцияларының артықшылығы мен кемшіліктерін анықтап, альтернативті энергия көздерін анықтау.

Қазіргі кезде бар электр станциялар:

Жылуэлектрстанциялары. Қазақстанның әрбір қаласында жылуэлектрстанциялары бар. Бүкіл дүниедегі барлық ЖЭС-лар жылына 200- 250 млн тонна оттегіні жұтатын химиялық заттар шығарды.

Гидроэлектростанциялар біздің елде де бар. Олар Ертіс, Есіл және тағы да басқа өзендердің бойында салынған. Олар арзан электр энергиясын бергенімен, көптеген кемшіліктері бар. Олар жыл бойында тұрақты қуат бере алмайды. Салынуы өте қымбат. Су қоймаларын өте үлкен қылып жасау, сол жердің табиғи жағдайын өзгертеді, лас, керексіз заттар (өзен арқылы ағып кететін) су қоймасында қалып қояды.

Атомэлектростанциялар. Қазақстанда Маңғыстауда бірінші АЭС болды, бірақ қазір істемейді. Елімізде атом энергетикасын дамыту қолға алынып жатыр, тағыда АЭС салынбақшы.

Бірақ бұл энергия көздерінің де кемшіліктері бар. Олар:

• Жер сілкінген кезде өте қатты дауылдың әсерінен реактордың істен шығуы арқылы радиациялық улануға әкеліп соғуы мүмкін.

• Радиоактивті қоқыстарды көму, тасымалдау проблемалары.

• Ескі АЭС –та авария болуы мүмкін.

• АЭС-тар суы өте көп жерге салынатындықтан, сол жердің су қоймаларын ластау, жылыту қаупі бар.

Күн энергиясын пайдалану да көптеген мемлекеттерде жолға қойылған. Мысалы, Тибет. Ол жер планетамыздағы күнге ең жақын орналасқан аймақ. Қазіргі кезде осы аймақта 50000 күн пештері жұмыс істейді. Ол 150000 м² жерді жылытады. Геотеплицалар 10 м³ көлемді жылытады. Бірақ, күн энергиясы тегін болса да, оны алу жолдары өте қымбат.

Яғни жасалатын қорытынды басқа энергия көздерін іздеу. Ол менің ойымша, желдің энергиясы. [7]

1. Іске қосу, жүргізу, бақылау, басқару проблемалары

Қондырғыны қажет биіктікке көтері қиын жұмыс емес. Егер желдің жылдамдығы 2-3 м/с болса, қажет қондырғыны жерден жел өзі көтере бастайды. Ал егерде қондырғы мүлде көтерілмесе, онда оны оңай гелийге толтыруға болады. Сол кезде ол өзі де ауаға ұшып кетеді.

Роторды айналдыру ол генератор арқылы іске асады. Ал айналу жылдамдығы аздары өздері айнала бастайды. Қуатты реттеу ротордың қалақшаларын желге қатысты әр түрлі бұрулар арқылы іске асады. Ал ол стабилизатор арқылы орындалады.

Биктігі тростың ұзындығы арқылы реттеледі. Негізгі троста желдің жылдамдығы анықтайтын датчиктер болу керек. Сол арқылы қажет биіктік реттеледі.

Егер желдің жылдамдығы 0 болып қалса, (ондай жағдай өте сирек, ықтималдығы 0,001) онда қондырғыны ауа баллоны арқылы (дирижабль сияқты) ұстап тұруға болады немесе жердегі генератор арқылы пропеллерді айналдыруға болады. Қатты желдің әсерін жерде орнатылған инерциялы маховик арқылы реттеуге болады. Яғни, оны жылдамдығы төменірек биіктікке түсіруге болады.

Ұсынылған қондырғының артықшылығы:

• Жер үстіндегі қондырғымен салыстырғанда өлшемдерін үлкейтіп алу арқылы қуатын арттыруға болады.

• Осы қондырғыны 100 м-ден 14 км-ге дейін орнастыруға болады. Осы биіктіктегі жел жылдамдығы жер бетіндегіден 3-4 есе үлкен және тұрақты.

• Жылдамдық үш есе артса, қуаты 27 есе артады N~ύ³ .

• Генератор жерде орналасады. Себебі алынатын қуат өте үлкен, (12,5-20 МВт) ондай қуаттағы генератордың массасы 10 тоннаға жетеді.

Ең бір ұтымды жері механикалық энергияны электр энергиясына айналдыру үшін қажет талшықты трос. Оның тығыздығы 1800 кг/м³. Мысалы, егер кабель мыстан жасалса, 10 км (2 есе ұзын) биіктікке қосатын кабельдің массасы 89360 т, осындай ұзындықтағы нанотрубаның массасы 3,33 т. Ол 27000 есе жеңіл.

Жоғары биіктікте орналасқан тросты турбинаның жел энергетикалық қондырғысы

1 – ротор (турбина)

2 – қанат

3 – механикалық энергияны тасымалдау системасы

4 – генетор

5 – реттегіш (стабилизатор)

6 – қалақшалар

7 – тартқыш (растяжка)

8 – датчиктер

9 – пропеллер

Ротордың қалақшалары екі трос арқылы бекітілген. Соққан жел, қалақшаларды айналдырады, өзінің орнықтылығын және биіктікте болуын қанат және стабилизатор арқылы жүзеге асырады. Ротордың механикалық энергиясы электргенераторына тасымалдау системасы арқылы беріледі.

Осы жел қондырғысын Н =1 км биіктікке орналастыруға болады. Осы биіктіктегі желдің жылдамдығы 13 м/с. Ал ротордың айналдыратын жел ағынының қуаты N =1/2*ύ³S*ρ* формуласына тәуелді.

Бұндағы ύ - желдің жылдамдығы, S – ротордың ауданы, ρ – ауаның тығыздығы, сонда N~(13м/с)³. =20°.

Егер ротордың ауданы 50000 м², ρ=1,225кг/ м³ болса, 1 км биіктікте N~0,5*50000*1,225*0,94≈63МВт. Егер осының 20% электр энергиясына айналса, онда пайдалы қуат N_пай=12,5 МВт. Бұл қуат150000 адамы бар қаланы энергиямен толық қамтамасыз етеді.

Ауданды 4 есе және биіктікті біраз арттырдық делік. Желдің жылдамдығын арттыру арқылы 75 МВт қуаты бар 1 млн-нан асатын халқы бар үлкен қаланы түгел электр энергиясымен қамтамасыз етуге болады.

Нәтижелер

Эенргия беретін әр түрлі электр станциялардың жақсы және жаман жақтары қарастырылды.

Жылу электр станцияларының негізгі кемшіліктері: орны қайта толмайтын отынды пайдаланы және экологиялық тиімсіздігі болды.

Су электр станцияларын бар жерде салына бермейтіндігі, қымбаттылығы және су ресурстарының да келешекте азайуы, экологиялық тиімсіздігі аңықталды.

Атом жел қоңдырғыларды да қаіптілігі, экологиялық зияны бар екені және ол да табиғи өнімдерді пайдаланатыны көрсетілді.

Жел қоңдырғыларын адамдар ежелден пайдаланған. Жер бетіндегі жел электр станцияларын қазір де көптеп пайдалануда. Дегенмен оның да зияны: қоршаған биологиялық ортаға әсері, үнемі үздіксіз жұмыс істей алмауы, қымбаттылығы белгілі болды.

Бірақ жел энергиясы ол орны толатын энергия болғандықтан, оны пайдалану жолдарын әрі қарай қарастыру арқылы келешекте экономикалық тиімді, экологиялық зияны аз, пайдалануы қарапайым жел электр станцияларын жасайтын уақыт келді.

Оның бір жолы жер бетінен биіктікте орналасқан жел қондырғыларын жасау және пайдалану.

Бұндай қондырғыларды әр түрлі конструкторлар проектілерін жасап ұсынуда. Олар экономикалық тиімді, қуатын үлкен шамаларға жеткізуге болды. Экологиялық аса зияны жоқ және желдің соғуына тәуелді емес. Өйткені олар жер бетінен біраз биіктікте орнатылған, ал атмосфераның жоғарғы қабаттарында желдер үнемі соғып тұрады.

Әрине конструкциялары өте курделі, бірақ космосқа кеме ұшырғаннан күрделі емес, яғни осы проектіні нақты зерттеп, есептеулер жасап, нанотехнологияны пайдаланып, күнделікті өмірге қолдануға болады. Сондықтан, басқа энергия көздерінің (көмір, мұнай, газ) қашан бітетінің күтпей (оларды басқа салаларда қолдануға болады), жел электр станцияларының негізгі проектілерін іске асыру қажет.

Ұсыныстар

1. Мен ұсынған жел қондырғымды, болашақта біздің елімізде, яғни жұмыс барысында ЖЭС орналатыруға болатын аймақтарда, Солтүстік Қазақстанда, нақты айтсам Ақмола облысында, Арқалықта, сонымен қатар, Орталық Қазақстанда кеңірек пайдаға асыруға болады. Елімізге қаншалықты тиімді екенін жұмыс барысында анықтап айттым.

2. Жер бетінен биікте орналасқан қондырғы экономикалық жағынан тиімді. Жер бетінде орналасатын қондырғылардан қуатты және ондаған есе арзан болады.

3. Қазіргі энергияны үнемдеу проблемасы тұрған қондырғы, табиғи ресурстарды қайта толықтырылатын болғандықтан бізді қызықтыруға тиісті.

4. Қазақстан өлкесі жел энергетикасын әбден пайдалана алады. Себебі, оның климаты, орналасу аймағы келіп тұр.

5. Елбасы Н.Ә.Назарбаевтың жастардың алдына қойған міндеті интеллектуалдық ұмтылыс арқылы өркениетті елге айналу, олай болса мен жобамды болашақ ғалымдар инженерлер, конструкторларға арнаймын.

Қолданылған әдебиеттер тізімі

1. В.В.Володин, П.М.Хазановский «Энергия, век двадцать первый» Москва, издательство «Детская литература» , 1989 год. Стр. 59-69

2. Б.Н.Бирюков «От водяного колеса до квантового ускорителя» Москва, издательство «Машиностроение», 1990 год. Стр 10-15.

Интернет сайттар:

1. www.strela.punkt.ru

2. www.elektromost.by