Выпускная квалификационная работа
Выполнил студент 4 курса 931 группы Пошелюжин А.В.
Алтайский государственный университет
Барнаул 2007
В настоящей работе рассмотрены предпосылки для развития в республике Алтай альтернативных видов энергетики (ветровой и солнечной). Целью поставлено установить целесообразность и перспективность их развития на Алтае. Работа велась методом анализа статистических и литературных данных.
В связи с проектом Катунской ГЭС и наметившимся интересом России к альтернативной энергетики, данная тематика весьма актуальна и имеет реальную значимость. Автор рекомендует развивать на Алтае альтернативные виды энергетики.
В работе сделаны следующие выводы:
Республика Алтай нуждается в собственной энергетической базе.
Республика обладает достаточно богатыми солнечными (радиационными) ресурсами, чтобы на их основе обеспечивать себя электроэнергией.
Ветровая энергетика может развиваться ограниченно, т.к. республика не отличается высокими скоростями ветра. Однако в некоторых отдельных пунктах ветра достаточно сильные, чтобы прибыльно развивать ветровую энергетику.
Альтернативная энергетика не может удовлетворить республиканские потребности в промышленных масштабах, но весьма эффективна будет использоваться для отдельно взятых населенных пунктов или небольших производительных единиц.
Введение
В настоящее время в республике Алтай – серьезная энергетическая проблема. Зависимость от не республиканских источников и нехватка энергии создают проблемы. Годовое потребление электроэнергии на душу населения здесь в 2,6 раза меньше, чем в Алтайском крае, и в 4 раза меньше, чем по России в целом. Выход из положения администрация республики нашла в строительстве крупной ГЭС на реке Катунь. Однако это еще не начатое строительство имело широкий негативный отклик в рядах экологов. В качестве альтернативы ГЭС (вместе с проблемами, которые она вызовет) предлагается освоение альтернативной энергетики.
В настоящей работе рассматривается целесообразность использования на территории Алтая солнечной и ветровой энергий в качестве источников электроэнергии. Для этого поставлены задачи: 1) изучить проблему потребности республики Алтай в электроэнергии; 2) рассмотреть с географической позиции климатические предпосылки для развития альтернативной энергетики; 3) рассчитать эффективность применения ветряков и солнечных батарей на территории республики Алтай.
Глава 1. Актуальность проблемы
1.1. Современная энергетика республики Алтай
Республика Алтай в настоящее время переживает энергетический кризис. Годовая потребность республики в элекроэнергии около 0,5 млрд. кВт/ч. [13, с. 5] За 2003 год потребление элекроэнергии в республике Алтай составило 450 млн кВт/ч [6]. Потребление электроэнергии республикой за последние 10 лет установилось на уровне 420-450 млн. кВт.ч, по 2000 кВт.ч/год на душу населения, что в 2 раза ниже этого показателя по Алтайскому краю, а в сравнении со средним показателем по России - ниже в 4 раза. Дефицит электроэнергии является фактором, препятствующим социально-экономическому развитию переработки сельскохозяйственной продукции, лекарственно-технического сырья, деревообработки, рекреации и т.д. Установлен жесткий лимит на потребление электроэнергии бюджетными организациями, включая школы и больницы. [10; 15]
В 2004 году на Алтае значительно выросли энерготарифы – в полтора раза. С каждым годом увеличивается отрыв от других сибирских регионов по этому параметру. Для сравнения: тарифы в республике на 18% превышают тарифы в Алтайском крае, на 20% — в Новосибирской области. Стоимость киловатта на Алтае в 2,5 раза выше, чем в Красноярском крае, в 3,7 раза выше, чем в Иркутской области, и в 4,7 раза превышает тарифы Хакасии. Впрочем, это не вполне корректное сравнение, поскольку стоимость электричества, вырабатываемого ГЭС и ТЭЦ, сильно разнится. [19]
Снабжение энергией в целом зависит от ГАЭС ОАО «Алтайэнерго». Эта организация находится в Алтайском крае, т.е. рыночные условия «диктуются» не республикой, а организацией. В таблице 1.1 представлены тарифы на услуги «Алтайэнерго» на 2007 год для республики Алтай.
Таблица 1.1
Тарифы на услуги по передаче электрической энергии по сетям ГАЭС ОАО «Алтайэнерго» на розничном (потребительском) рынке Республики Алтай (от 6.12.2006 г. № 20/2 постановление комитета по тарифам Республики Алтай) с 1 января 2007 г. [по http://www.altaienergo.ru]
| Уровень напряжения | Ставка за содержание электрических сетей (руб/тыс кВт*ч) | Ставка за оплату потерь электрической энергии (руб/тыс кВт*ч) | Итого (руб/тыс кВт*ч) |
| ВН | 299,4 | 54,19 | 353,59 |
| СН II | 1191,51 | 105,78 | 1297,29 |
| НН | 1112,42 | 238,31 | 1350,73 |
Самое интересное – это то, то Алтайская энергосистема входит в ОЭС Сибири и расположена на межсистемном транзите, связывающем энергоизбыточные центральную и восточную части ОЭС Сибири с энергодефицитной западной частью энергообъединения, а также с энергосистемой Казахстана и ОЭС Урала. В этих условиях развитие энергосистемы необходимо рассматривать в тесной увязке с развитием ОЭС Сибири в целом, с учетом имеющихся избытков электроэнергии и мощности в этом энергообъединении. [15]
Сейчас в республике действует только Чемальская ГЭС и несколько мелких установок, по большей части индивидуальных.
Чемальская ГЭС построена в 1935 году силами заключенных Сибирского управления лагерей особого назначения. На стройке работало до 1000 заключенных, причем 700 из них содержалось в зоне, на месте стройки ГЭС.
Сейчас ГЭС обеспечивает электрическом только санаторий и несколько жилых домов. Ее мощность составляет 500 л.с. Причем система работает около 75 лет без ремонта. Некогда Чемальская ГЭС обслуживала все села Эликмонарского района.
Индивидуальные установки работают на некоторых отдельных пользователей, обеспечивая лишь их личностные потребности. Можно назвать ООО «Млечный путь» - туристическое агентство г. Барнаула, которое имеет кемпинг на берегу р. Чемал. Эта организация на практике реализует концепцию экологического туризма. Одной из решений этой задачи выбрано создание в 2005 г. на базе кемпинга Центра альтернативной энергетики и энергоосвещения. Кемпинг располагает солнечной батареей и установкой микро-ГЭС.
Мощность солнечной батареи составляет всего 300 Вт/ч [18, с.33], однако ее хватает для следующих работ единовременно:
дневное и/или ночное освещение в палатках и домиках;
ночное освещение кемпинга одним прожектором;
прием телепередач одним телевизором со спутниковой связью и работа одного компьютера;
работа насоса скважины, холодильника, стиральной машины; и др.
Кроме этого, в 2004-м году опытная установка солнечного коллектора была установлена в Онгудайском районе для горячего водоснабжения кафе «Чуй-Оозы». Опытный образец изготовлен Горно-алтайскими электрическими сетями в 2002-м году. Площадь приема солнечного излучения 2,5 м2. Максимальная производительность установки в полдень и составляет 30 литров х 50˚С/ч. Дневная производительность 200 литров на 50˚С. Максимальность мощность установки 1,7 кВт (в полдень). [20, с.79-80]
1.2. Проект Катунской ГЭС
Еще не построена Катунская ГЭС и еще не будучи начато ее строительство, но информация об этом проекте получила широкий резонанс в рядах экологов. Уже известно, что от строительства будет больше вреда, чем пользы.
Существует два проекта – Катунской и Алтайской ГЭС. (Таблица 1.2) Сейчас в средствах массовой информации упоминается о выборе «щадящего» варианта – 50-метровой ГЭС (Алтайская ГЭС), которая не осуществляет регулирование стока Катуни. Однако это означает нестабильность добычи энергии, т.к. сток по сезонам сильно меняется. [6]
Таблица 1.2
Сравнение параметров Алтайской и Катунской ГЭС [по 6]
| Параметры | Алтайская ГЭС | Катунская ГЭС (1990 г.) |
| Мощность | 140 МВт | 1600 МВт |
| Среднемноголетняя выработка элекроэнергии | 0,85 млрд кВт/ч | 5,8 млрд кВт/ч |
| Высота плотины | 50 м | 170 м |
| Площадь водохранилища | 12,1 км2 | 87,0 км2 |
| Объем водохранилища | 0,21 км3 | 5,88 км3 |
| Регулирование речного стока | отсутствует | сезонное |
Сейчас в СМИ обсуждаются следующие проблемы, которые могут быть вызваны этим проектом.
1. Снижение цен на электроэнергию произойдет едва ли, т.к. до сих пор строительство классических плотинных ГЭС не приводило к этому. А так как. инвестор проекта – частный, то это не привносит никак гарантий.
2. Обещанные рабочие места – также лукавое обещание. Количество обслуживающего персонала ГЭС не превышает 1500 человек, причем людей с определенной квалификацией. Это означает, что работать в этом учреждении будут не местные люди, а приезжие. Ближайший город, где готовят специалистов необходимых квалификаций – это Новосибирск. Стало быть, республика Алтай не сможет таким образом обеспечить свое население рабочими местами.
3. Налог на прибыль. К сожалению, и государство и инвестор не заинтересованы в понижении тарифов, т.к. это повлечет за собой и понижении доходов, а значит – и налога на прибыль.
4. Налог на имущество. Этот налог будет тем больше, чем выше стоимость строительства. Однако инвестор в таком случае будет стремиться к повышению тарифов, чтобы быстрее получать прибыль. Получается замкнутый круг.
5. Предполагается строительство 180-метровой ГЭС на р. Катунь с установкой в ней 5 агрегатов мощностью по 320 МВт каждый. Выработка элекроэнергии такой ГЭС составит 5,7 млрд кВт/ч. Мало того, предполагается отстроить Чемальский контррегулятор с 4 агрегатами по 75 МВт. Его выработка составит 2,6 млрд кВт/ч. Однако продавать такие объемы энергии будет некуда. Так зачем же такие колоссальные затраты?
6. При затоплении ложа водоема в зону затопления попадают несколько населенных пунктов. Причем – без согласия жителей.
7. Экологические проблемы: накопление в ложе тяжелых металлов (в т.ч. ртути); наведенная сейсмичность; серьезные изменения гидрологического режима рек Катунь и Обь и горного климата; потеря пастбищ, заболачивание.
8. Не учитывается мнение жителей республики Алтай, фальсифицируются данные опросов и конференций. [13]
Погоня за прибылью в данном случае едва ли приведет к результатам, удовлетворяющим и природу, и жителей.
Рис. 1 Копия приказа об утверждении проекта Катунской ГЭС [по 6]
Глава 2. Опыт России и зарубежных стран
2.1. Экологический туризм и альтернативная энергетика в Чемале
Особенность ООО «Млечный Путь» заключается в попытке реализации на практике концепции экологического туризма. Напомним суть данной концепции.
Термин «экологический туризм», по-видимому, был предложен в 1980 году мексиканским экономистом Гектором Цебаллос-Ласкурья. По его мнению, это сочетание путешествия с бережным отношением к природе. Бережное отношение к местным объектам флоры и фауны, неживой природы – смысловое содержание понятия «экотуризм». Однако до сих пор нет единого толкования этого термина. Например, согласно определению Общества экотуризма (США), «экологический туризм – это путешествия в места с относительно нетронутой природой. Такие путешествия на нарушают целостности экосистем и ориентированы на получение представления о природных и культурно-этнографических особенностях данной территории. Одновременно экотуризм создает такие экономические условия, когда охрана природы становится выгодной местному населению». Иными словами, “экотуризм – это устойчивый и природно-ориентированный туризм и рекреация”. В мае 2002 г. в Квебеке прошел Всемирный экотуристский саммит. Принятая на саммите Квебекская декларация по экотуризму содержит рекомендации по развитию экологического туризма в разных странах. А также достигнуты договоренности относительно толкования термина «экотуризм». Декларация указывает, что понятие «экотуризм» может быть применимо только к тем видам туризма, которые направлены на политическую и финансовую поддержку защиты окружающей среды, на признание и уважение прав местного и коренного сообществ, на культурное и природоохранное образование туристов. [9, с. 4]
Иногда «экотуризм» называют мягким (Sanfter Tourismus, нем., Soft Tourism, англ.), природно-ориентированным или природным, а также девственно-природным (Mountain, Nature or Wilderness Tourism).
Мы считаем, что достижение концепции должно осуществляться посредствам создания таких экологических условий, при которых природный потенциал мог бы самостоятельно восстанавливаться после рекреационной нагрузки.
Сложность заключается в том, что главная составляющая концепции довольно субъективна. Речь идет об отношении людей к природной среде. В этом аспекте очевидно стремление работников кемпинга к развитию у туристов экологической культуры. При очередном заезде для новых туристов проводят разъяснительную беседу, в которой просят о соблюдении чистоты и культурном поведении во время отдыха.
Другая составляющая концепции – замена экологически вредной техники на более “щадящую”. Благодаря связям с американскими коллегами-экологами турбаза получила от них в подарок малую солнечную батарею. Это сооружение стало своеобразной достопримечательностью Чемала, т.к. многие сторонние туристы специально посещают кемпинг, чтобы взглянуть на батарею.
Мощность данной солнечной батареи составляет всего 300 Вт [18, с.33], однако ее хватает для следующих работ единовременно:
дневное и/или ночное освещение в палатках и домиках;
ночное освещение кемпинга тремя прожекторами;
прием телепередач одним телевизором со спутниковой связью и работа одного компьютера;
работа насоса скважины, холодильника, стиральной машины; и др.
Недостаток данной конструкции состоит в том, что ее необходимо вручную поворачивать к солнцу (так, чтобы солнечные лучи падали перпендикулярно). Однако, говоря в целом, в настоящее время существуют конструкции, самостоятельно поворачивающиеся вслед солнцу. Есть еще один известный недостаток – солнечная батарея может вырабатывать электричество лишь при наличии солнечного света, будь то прямая или рассеянная радиация. Батарея не производит электричество ночью и во время сильных штормов. Однако может работать при слабой пасмурной погоде, когда солнечный свет поступает в виде рассеянной радиации. Эта проблема решается благодаря энергонакопителям. В 2006 г приобретена еще одна панель солнечной батареи.
Кроме этого в распоряжении кемпинга имеется малая ГЭС. Это небольшое (длинной в 50 см) сооружение для выработки электричества посредствам энергии падающей воды. Поскольку в реки Чемал довольно высокий угол падения русла (ок. 20 м/км, очень усреднено), то эффективность микро-ГЭС может оказаться значительна. Однако кемпинг с 2004 года переехал на другое место и оказался вдали от реки. Поэтому данная техника не используется в настоящее время.
Другое сооружение, приписываемое к экологически «чистым», т.е. не вредящим здоровью людей и отдельным компонентам природной среды, относится дом, построенный из соломенных блоков (так называемый «экодом»). Направление строительства таких домов стало довольно актуальным в настоящее время. Оно появилось в США, в штате Аризона, первыми строителями была семейная пара Джуди Нокс и Маттс Майрман. [18, с.32] На Алтае пока построен лишь один такой дом – в кемпинге ООО «Млечный Путь». Строительство и сама идея появилось благодаря американским коллегам, которые получили грант на обмен специалистов, и в число российской делегации попали представили агентства. Обучающий семинар проводился в американском городе Кингстон. Однако долгое время в Барнауле не удавалось найти специалистов, способных спроектировать «экодом». В начале августа 2005 года была готова опалубка фундамента и деревянный каркас. 12 августа на кемпинг приехало 5 строителей из США и Франции (Синди Смит, Джефф Рупперт, Пол Коппан, Якуба Вигана, Элисон Эвальд), которые за 2 дня сложили из соломенных блоков стены высотой около 3 метров. С внешней и внутренний стороны стены были заштукатурены глиной с песком, известью и цементом.
Экодом в Чемале – это экспериментальное строение. Оно должно показать, насколько приемлемо в данных условиях применение соломы в качестве строительного материала и есть ли в этом экономическая выгода.
Однако это не все. В 2005 году была реализована еще одна интересная установка – скважина на территории самого кемпинга. Чистая вода из этой скважины изымается для самых разнообразных целей.
В связи с вышеописанным, в 2005 году кемпингу было присвоено значение Центра альтернативной энергетики и энергоосвещения.
2.2. Опыт зарубежных стран и России
За рубежом накопился богатый опыт использования альтернативных видов энергии. Существует множество институтов, компаний-производителей, реально работающие парки установок альтернативной энергетики.
Энергия ветра наиболее широко и эффективно используется в США, Дании, Германии и в Испании. На долю этих стран приходится свыше ¾ всего мирового парка ветроустановок. Также активный интерес проявляют развивающиеся страны (например, Индия, Китай, страны Южной Америки). Установленная мощность всех эксплуатируемых ветроагрегатов в мире в конце прошлого века достигла 14000 МВт (на Европу из них приходится более 9000 МВт). Вообще, суммарная энергия ветра, технически доступная при использования, оценивается величиной порядка 53000 ТВт/ч в год. Это в четыре раза больше, чем ежегодное мировое потребление электроэнергии в настоящее время. [1] На территории Внутренней Монголии сейчас производится 70 МВт ветряной элекроэнергии. [20, с.13]
В России также работают ветровые установки. Например, вблизи поселка Куликово Калининградской области (ветропарк из 21 ветроустановки общей мощностью 5,1 МВт), на о. Беринга Камчатской области (2 ветроустановки по 250 КВт), в районе деревни Тюпкильды Туймазынского района республики Башкортостан (4 ветроагрегата по 550 КВт) и др. [2]
Энергия Солнца стали использовать еще в конце 70-х гг, когда были запущены семь опытных солнечных элекростанций башенного типа. Самая крупная такая станция построена в Калифорнии, ее мощность 10 МВт. В 90-е в мире появился интерес к фотоэлектрическим установкам.
В странах ЕЭС в 2000 пассивные гелиосистемы позволили сэкономить порядка 50 млн т. нефти в год. [20, c.43]
Стоимость солнечных батарей быстро уменьшается. Если в 1970 г. 1 кВт*ч электроэнергии стоил 60 долларов, в 1980 – 1 доллар, а сейчас – 20-30 центов. [4, с.23]
В США эксплуатируются коллекторы площадью 10 млн м2, что обеспечивает экономию топлива 1,5 млн м3. В России эта площадь не превышает 100 тыс. м2. [4, с.24]
Наибольшее развитие солнечные установки для обогрева помещений получили в Краснодарском крае и республике Бурятия. В Бурятии солнечными коллекторами производительностью от 500 до 3000 литров горячей воды (90-100 градусов по Цельсию) в сутки оснащены различные промышленные и социальные объекты (больницы, школы, завод "Электромашина" и др.), а также частные жилые здания. [2]
Кстати, полное количество солнечной энергии, поступающей на поверхность Земли, превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и урана и других энергетических ресурсов. Поэтому солнечная энергия может стать энергетической основой и первичным источником энергии будущего устойчивого развития экономики. В России наиболее благоприятные районы для использования солнечной энергии в России – это Северный Кавказ, Астраханская область, Калмыкия, Тува, Бурятия, Читинская область, Дальний Восток. [2]
2.3. Производители и проектировщики в России
В России есть несколько заводов по производству и проектированию биогазовых установок: Москва (Центр «ЭкоРос», Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства), Барнаул (Алтайский региональный центр нетрадиционной энергетики и энергосбережения), Омск (Сибирский институт прикладных исследований ООО «СИПРИС»).
Несмотря на то, что в России есть компании-производители фотоэлектрических систем, однако рынок фотоэнергетики в России отсутствует. При этом российская продукция фотоэнергетики хорошо раскупается зарубежом.
Производители солнечных батарей и модулей в России: Рязань (ОАО «Рязанский Завод Металлокерамических Приборов»), Москва (ООО «Совлакс»), поселок Правдинск Москвоской области (АО Правдинский завод источников тока «Позит»), Москва (Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства), г. Реутов Московской области (НПО «Машиностроение»), Москва (ЗАО Телеком-СТВ), Рязань (ЗАО «ОКБ завода Красное знамя»), Москва (Московский энергетический институт), Краснодар (ОАО «Сатурн»), Москва (АО «Новые и возобновляемые источники энергии»).
Производители ветроустановок и ветрогенераторов: г. Жуковский (НВФ НОТЕКА), Екатеринбург (Научно-производственная компания «Ветроток»), Хабаровск (СП «Компания ЛМВ Ветроэнергетика»), Новосибирск (ЗАО «Элмотрон»), Санкт-Петербург (завод «Азимут-Электроприбор»), Москва (АООТ «Тушинский машиностроительный завод»), Кувандык Оренбургской области (АО «Долина»), Зеленоград Ростовской области (ВНИПТИМЭСХ), Москва (СКБ «Искра»), Москва (ТОО «Молинос»), Москва (Кампания «Сапсан»), Москва (ОАО «Московский машиностроительный завод “Вперед”»).
Глава 3. Ресурсы Алтая для развития альтернативной энергетики
3.1. Солнечная энергия
Для характеристики солнечной энергии использовались статистические данные наблюдений на метеостанциях и постах республики Алтай: Горно-Алтайск, Кызыл-Озек, Яйлю, Чемал, Кош-Агач, Кара-Тюрек, Бертек.
Динамика изменения количества часов солнечного сияния примерно равноценна для всех постов и станций. Поэтому изобразим ее в виде диаграммы средних среди станций значений (рис. 2).
Рис.2 Среднее месячное число часов солнечного сияния
Как теперь видно, ход часов сияния равномерен в течении года. Минимум приходится на зиму (в конце декабря – начале января), а максимум – на лето (в июле). При этом количество часов солидное. В месяце из 30 дней количество светлых часов в наших широтах составляет до 390. В республике Алтай это количество выдерживается от 100 до 300. В среднем по республике за год наблюдается 181 час солнечного сияния. При этом довольно редки бессолнечные дни. Например, в Кош-Агаче в период с 1951 по 1965 гг число дней без солнца составило в среднем 12 в год.
Низкая облачность в Кош-Агачском районе приводит к хорошей освещенности территории. Поэтому Кош-Агачский район является лидером России по количеству солнечных дней в году (более 2,7 тыс. часов за год).
Таблица 3.1
Среднее месячное количество часов солнечного сияния [по 16]
| Месяцы | |||||||||||||
| I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII | IX | X | XI | XII | год | |
| Бертек | 157,4 | 193,2 | 228,2 | 294,5 | 306,2 | 276,2 | 272,5 | 272,9 | 242,3 | 191,7 | 141,5 | 118,7 | 2695,2 |
| Горно-Алтайск | 98,8 | 131,3 | 168,3 | 213,6 | 239,2 | 274,4 | 287,9 | 228,5 | 184,8 | 117,0 | 87,6 | 77,1 | 2108,5 |
| Кара-Тюрек | 136,5 | 174,4 | 212,1 | 231,5 | 242,5 | 229,0 | 249,2 | 240,1 | 228,1 | 157,3 | 102,8 | 111,9 | 2315,6 |
| Кош-Агач | 135,9 | 167,6 | 244,0 | 268,3 | 302,9 | 287,1 | 295,5 | 287,5 | 271,8 | 215,1 | 141,8 | 104,1 | 2725,4 |
| Кызыл-Озек | 74,5 | 109,7 | 161,9 | 194,8 | 224,9 | 253,2 | 270,1 | 213,6 | 176,9 | 110,1 | 71,1 | 61,4 | 1923,3 |
| Чемал | 83,5 | 116,9 | 170,8 | 211,1 | 234,7 | 239,8 | 255,0 | 203,5 | 177,0 | 108,4 | 70,8 | 54,1 | 1925,6 |
| Яйлю | 109,3 | 121,7 | 173,9 | 181,9 | 214,3 | 237,8 | 243,4 | 216,3 | 178,1 | 118,6 | 78,0 | 72,6 | 1945,8 |
Также в Кош-Агаче наименьшее число дней без солнца. Таковых дней за год здесь наблюдалось максимум 33 (в 1960), тогда как для большинства метеостанций Алтая это ниже даже среднегодовых показателей (таблица 3.2).
Таблица 3.2
Сумма дней без солнца за год [по 16]
| год | Барнаул, агро | Барнаул | Родино | Белокуриха | Змеиногорск | Горно-алтайск | Кызыл-озек | Яйлю | Чемал | Беля | Кош-Агач | Кара-Тюрек | Кара-Тюрек | Ак-кем | Бертек |
| 1950 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
| 1951 | - | - | - | - | - | - | - | - | 65 | - | 24 | - | - | - | - |
| 1952 | - | 66 | - | - | - | - | - | - | 48 | - | 17 | 45 | - | - | - |
| 1953 | - | 71 | - | 56 | - | - | - | 66 | 44 | - | 23 | 43 | - | - | - |
| 1954 | - | 54 | - | 55 | - | - | - | 62 | 49 | - | 25 | 53 | - | - | - |
| 1955 | 51 | 49 | - | 56 | - | - | - | 65 | 45 | - | 13 | - | - | - | - |
| 1956 | 46 | 47 | 39 | - | - | - | - | 58 | 42 | - | 14 | - | - | - | - |
| 1957 | 76 | 74 | 60 | - | 59 | - | - | 76 | - | - | 11 | - | - | - | - |
| 1958 | 67 | 73 | 69 | 71 | 54 | - | - | 63 | - | - | 16 | - | - | - | - |
| 1959 | 61 | - | 54 | - | 50 | - | - | 66 | - | - | 17 | - | - | - | - |
| 1960 | 79 | - | 66 | 79 | 69 | - | - | 76 | 51 | - | 33 | - | - | - | 34 |
| 1961 | 69 | - | 48 | - | 60 | - | - | 84 | 55 | - | 16 | - | 43 | - | - |
| 1962 | 61 | - | - | - | 48 | - | - | 52 | 38 | - | 7 | - | - | 38 | 11 |
| 1963 | 64 | - | - | - | 53 | 64 | - | 55 | 48 | - | 17 | - | 34 | 42 | 10 |
| 1964 | 64 | - | - | - | 57 | 63 | 61 | - | 51 | 58 | 25 | - | 38 | - | 12 |
| 1965 | 42 | - | 42 | - | 44 | 55 | 52 | - | 38 | 45 | 20 | - | 49 | 46 | 15 |
3.2. Ветровая энергия
Для характеристики ветрового режима мы использовали статистические данные из сборника «Справочник по климату СССР». К сожалению, эти сборники содержат старые (однако по-прежнему актуальные) данные. В некоторых случаях часть данных была неучтена, в некоторых случаях статистический набор был настолько мал, что он не использовался. Для анализа выбраны следующие метеостанции: Ак-кем, Беля, Бертек, Горно-Алтайск, Кара-Тюрек, Катанда, Кош-Агач, Кызыл-Озек, Онгудай, Турочак, Уландрык, Усть-Кан, Усть-Кокса, Усть-Улаган, Чемал, Яйлю.
В таблице 3.3 представлены результаты подсчетов средних месячных и годовых скоростей ветра.
Таблица 3.3
Средняя месячная и годовая скорости ветра в республике Алтай (м/сек) [по 16; 17]
| Станция | месяцы | ср.-год. | |||||||||||
| I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII | IX | X | XI | XII | ||
| Ак-кем | 1,8 | 2,1 | 2,3 | 2,5 | 2,5 | 2,4 | 2,0 | 2,0 | 2,2 | 2,7 | 2,5 | 2,2 | 2,3 |
| Бертек | 1,2 | 1,3 | 2,1 | 2,8 | 3,2 | 3,0 | 2,3 | 2,4 | 2,8 | 3,0 | 3,0 | 2,3 | 2,4 |
| Горно-Алтайск | 1,3 | 1,3 | 1,8 | 2,5 | 3,0 | 2,2 | 1,7 | 1,6 | 2,1 | 2,1 | 1,6 | 2,0 | 1,9 |
| Катанда | 1,6 | 1,7 | 1,8 | 2,2 | 2,1 | 1,7 | 1,5 | 1,5 | 1,6 | 1,7 | 1,5 | 1,5 | 1,7 |
| Кош-Агач | 0,4 | 0,8 | 1,3 | 3,1 | 3,1 | 2,9 | 2,3 | 2,1 | 2,2 | 1,9 | 1,2 | 0,9 | 1,9 |
| Кызыл-Озек | 1,5 | 1,6 | 1,7 | 1,9 | 2,0 | 1,7 | 1,5 | 1,4 | 1,5 | 1,7 | 1,6 | 1,6 | 1,6 |
| Онгудай | 0,5 | 0,6 | 1,0 | 1,7 | 1,6 | 1,3 | 1,2 | 1,1 | 1,1 | 1,0 | 0,7 | 0,6 | 1,0 |
| Турочак | 1,1 | 1,0 | 1,3 | 1,5 | 1,8 | 1,5 | 1,2 | 1,2 | 1,3 | 1,3 | 1,2 | 1,1 | 1,3 |
| Уландрык | 1,5 | 1,8 | 2,9 | 3,9 | 3,5 | 3,0 | 2,4 | 2,6 | 2,8 | 3,1 | 3,0 | 2,5 | 2,8 |
| Усть-Кан | 2,2 | 2,4 | 2,9 | 3,1 | 3,0 | 2,7 | 2,5 | 2,4 | 2,7 | 2,9 | 2,6 | 2,4 | 2,6 |
| Усть-Кокса | 0,9 | 1,2 | 1,8 | 2,3 | 2,3 | 1,8 | 1,6 | 1,6 | 1,6 | 1,8 | 1,4 | 1,0 | 1,6 |
| Усть-Улаган | 1,5 | 1,7 | 1,7 | 2,1 | 2,3 | 1,9 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,4 | 1,4 | 1,4 | 1,7 |
| Яйлю | 3,5 | 2,3 | 1,9 | 1,8 | 1,6 | 1,3 | 1,4 | 1,6 | 1,7 | 2,1 | 3,3 | 3,8 | 2,2 |
| Беля | 5,7 | 4,1 | 3,4 | 2,9 | 2,1 | 1,6 | 1,6 | 1,9 | 2,2 | 3,4 | 3,9 | 5,0 | 3,1 |
| Кара-Тюрек | 5,8 | 6,4 | 5,9 | 5,6 | 5,1 | 4,2 | 3,7 | 4,3 | 4,7 | 7,4 | 7,9 | 7,3 | 5,6 |
| Чемал | 4,8 | 3,0 | 2,1 | 2,5 | 2,5 | 2,1 | 1,7 | 1,8 | 2,0 | 3,2 | 3,7 | 4,6 | 2,8 |
| среднее | 1,5 | 1,5 | 1,9 | 2,4 | 2,5 | 2,1 | 1,8 | 1,8 | 1,9 | 2,1 | 1,9 | 1,8 | 1,9 |
Рис. 3 Средняя годовая скорость ветра (м/сек)
Из таблицы видно, что в целом на территории республики Алтай наблюдаются довольно незначительные скорости ветра. (Более существенны они на равнинной территории Алтайского края, где использование ветровой
энергии многозначительно более полезно)
а) б)
в) г)
д)
Рис.4 Изменение среднемесячных скоростей ветра по станциям республики Алтай
Построив графики изменения среднемесячного изменения скоростей ветра, определяются следующие тенденции. Большинство метеостанций показывают, что зимой климат Горного Алтая характеризуется тихой зимой, слабо подверженной ветрам. Такое «затишье» наблюдается с ноября по март. Сильных ветров в это время почти не случается. В марте начинает резко возрастать скорость ветра, пиковое значение которого достигается апреле-мае. Далее скорости затихают до июля. В июле и августе ветра также слабые. С конца августа скорости начинают возрастать, но не столько резко, как в мае. Вторая волна ускорения ветров менее сильная, чем первая. Она длится до конца октября – начала ноября, затем ветра вновь затихают.
При этом годовые амплитуды изменения данного показателя для одних станций незначительны (до 0,5 м/сек), но для других это значение колеблется до 2,5 м/сек (Бертек, Горно-Алтайск, Кош-Агач).
Особую динамику имеют графики по данным метеостанций Беля, Кара-Тюрек, Чемал, Яйлю. Эти метеостанции находятся очень близко к предгорьям Алтая, вероятно, сказывается влияние климата равнинного Алтая. Эти станции имеют похожие с предыдущими показатели, однако за тем исключением, что зимы здесь не столь спокойны. Зимнее «затишье» замещено повышенными скоростями ветров.
3.3. Следствия из главы 3
Солнечная энергия. Республика Алтай располагает богатыми солнечными ресурсами. Здесь очень высокая освещенность территории солнечным светом, т.е. приходит много энергии. Причем приход энергии осуществляется равномерно и стабильно в течении года. Это означает бесперебойное и стабильное обеспечение большим количеством энергии.
Ветровая энергия. Очень неоднозначно обстоит вопрос с использованием этого ресурса. Считается, что использование ветряков для прибыльной добычи элекроэнергии возможно при скоростях ветра свыше 4 м/сек. Метеостанций с таким показателями выделяется лишь три – Беля, Кара-Тюрек и Чемал. Особенно значим Кара-Тюрек с средней годовой скоростью ветра 5,68 м/сек. Т.к. эта территория находится совсем недалеко от центра республики и вблизи наибольшей концентрации населения, то построив здесь ветропарк, возможно прибыльное производство электроэнергии.
Т.к. ветра Горного Алтая не имеют стабильности, т.к. их скорости меняются по сезонам, то возникает проблема с неравномерностью выработки энергии. В летний период на большинстве метеостанций возникнет необходимость останавливать производство и искать иные источники. В противном случае работа ветропарка в летний период будет неэффективна и убыточна.
При этом велика роль случайных ветров, достигающих существенных скоростей (таблица 3.4). Месяц с наибольшими скоростями – май.
Таблица 3.4
Максимальные скорости ветров за время наблюдений (м/сек)
| Станция | месяцы | |||||||||||
| I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII | IX | X | XI | XII | |
| Ак-кем | 3,6 | 6,4 | 3,4 | 3,4 | 3,6 | 3,3 | 3,2 | 2,9 | 3,1 | 4,2 | 3,9 | 3,9 |
| Беля | 7,8 | 5,2 | 5,5 | 4,2 | 2,6 | 2,7 | 2,1 | 2,6 | 3 | 4,2 | 5,5 | 6,4 |
| Бертек | 2,7 | 3 | 3,9 | 3,6 | 4 | 3,6 | 3 | 3,4 | 3,4 | 3,4 | 4,1 | 3,6 |
| Горно-Алтайск | 1,7 | 2,5 | 2,7 | 3,3 | 3,8 | 2,6 | 2,1 | 2 | 2,6 | 2,8 | 2,3 | 2,7 |
| Кара-Тюрек | 9,8 | 16,2 | 8,6 | 9,2 | 6,4 | 5,9 | 4,8 | 5,6 | 7,8 | 9,6 | 10,2 | 11 |
| Катанда | 2,2 | 2,6 | 2,6 | 2,5 | 2,4 | 2,1 | 1,9 | 1,9 | 2,4 | 2,4 | 2,2 | 2,2 |
| Кош-Агач | 0,8 | 1,8 | 3,1 | 4 | 4,1 | 4 | 2,9 | 2,7 | 2,9 | 2,6 | 2,1 | 1,6 |
| Кызыл-Озек | 1,8 | 2,4 | 1,9 | 2,3 | 2,6 | 2 | 1,8 | 1,8 | 1,7 | 2 | 2 | 2 |
| Онгудай | 1,2 | 1,4 | 2,1 | 3,2 | 2,5 | 2,3 | 2 | 2,1 | 2 | 1,8 | 1,8 | 1,4 |
| Турочак | 4 | 1,8 | 2 | 2,4 | 2,6 | 2 | 1,6 | 1,8 | 2 | 2 | 1,9 | 1,5 |
| Уландрык | 2,3 | 2,3 | 3,7 | 4,8 | 4,1 | 3,8 | 3,2 | 3,1 | 3,1 | 3,2 | 3,4 | 2,8 |
| Усть-Кан | 4,8 | 4,4 | 4,9 | 4,8 | 4,6 | 4,1 | 3,8 | 4,1 | 4,8 | 4,6 | 5,4 | 5,5 |
| Усть-Кокса | 2,8 | 3,6 | 2,6 | 3,3 | 3 | 2,7 | 2,4 | 2,5 | 2,1 | 2,7 | 2,3 | 2,3 |
| Усть-Улаган | 1,7 | 2,5 | 2,3 | 2,4 | 2,4 | 2,4 | 2,1 | 2 | 2 | 2 | 1,7 | 1,8 |
| Чемал | 7,3 | 4,8 | 3,3 | 3,6 | 3,6 | 2,6 | 2,1 | 2,6 | 3 | 4,6 | 5,5 | 6,3 |
| Яйлю | 5 | 3,3 | 3,2 | 2,5 | 2,4 | 1,6 | 1,6 | 1,8 | 2,5 | 3,5 | 4,8 | 4,6 |
В целом не рекомендуется интенсивное развитие ветровой энергетики в республике Алтай, т.к. скорости ветра здесь не существенны. Субъект, соседствующий с республикой Алтай – Алтайский край, - многозначительно более перспективен для этих целей.
Заключение
По результатам работы сделаны следующие выводы:
1. Республика Алтай нуждается в собственной энергетической базе. Это вызвано зависимостью от внереспубликанских организаций, нехваткой электроэнергии, а также возможностью торговли собственным энергетическим товаром, что для суверенного Алтая важного как способ самостоятельного существования. Однако выбранный метод (строительство Катунской ГЭС) скорее навредит (экологически, экономически, социально), чем решит проблему.
2. Республика обладает достаточно богатыми солнечными (радиационными) ресурсами, чтобы на их основе обеспечивать себя электроэнергией. Кош-Агачский район даже является лидером в России по количеству часов солнечного сияния. Такого количества поступающей радиации хватит (минимум) для решения внутренней энергетической проблемы. Кроме того, развитие альтернативных видов энергетики не повредит туризму – главной специализации республики.
3. Ветровая энергетика может развиваться ограниченно, т.к. республика не отличается высокими скоростями ветра. Высокие скорости свойственны районом близким к предгорью Алтая (Беля, Кара-Тюрек, Чемал). В таких отдельных пунктах ветра достаточно сильные, чтобы прибыльно развивать ветровую энергетику.
4. Не только в зарубежных странах, но и в России есть опыт по конструированию, производству, эксплуатации агрегатов для различных видов альтернативной энергетики. Функционирует ряд российский производителей агрегатов для ветряков и солнечных батарей.
5. Не только Катунская ГЭС с 180-метровой плотиной будет эффективным источником энергии на Алтае, но и альтернативные виды энергетики.
Список литературы
Альтернативная энергетика Алтайского региона. – Эл. ресурс: http://ecoclub.nsu.ru – Заглавие с экрана.
Альтернативная энергетика. – Эл. ресурс: http://www.greenpeace.org/russia/ru/ – Заглавие с экрана.
Белугин К.В. Проект поселка с использованием альтернативных источников энергии // Молодежь – Барнаулу. Материалы научно-практической конференции. – Барнаул, 2007 г. – с. 407.
Будущее без разрушений: Нетрадиционные источники энергии / Региональная экологическая политика. – Барнаул: Изд-во Фонда «Алтай – 21 век», 2004. – 42 с.
Галахов В.П. Моделирование в географии. Учебное пособие / В.П. Галахов, - Барнаул: Изд-во Алтайского госуниверситета, 2005.
Дмитриенко Т. Какой будет гидростанция на Катуни? – Эл. ресурс: http://www.altapress.ru/7095/ – Заглавие с экрана.
Закон Алтайского края «Об энергосбережении, повышении эффективности использования топливно-энергетических ресурсов в Алтайском крае» // газ. «Алтайская Правда», №13-15, 19.01.01.
Климат Барнаула / Под ред. д.г.н. С.Д. Кошинского и В.Л. Кухарской. – Л.: Гидрометеоиздат, 1984.
Косолапов А.Б., Мизь Н.Г. Экологический туризм в Приморском крае и работа гида на маршруте: Методические рекомендации. – Владивосток, 2002. – 27 с.
Лобжанидже А.А. Быть ли Катунской ГЭС? // газ. «География», №13 / Изд-во «Первое сентября». – 2002 г. – Эл. ресурс: http://geo.1september.ru/. – Заглавие с экрана.
Мельник С.А., Коломоец Ю.А. Реформы в энергетическом комплексе Алтайского края // Молодежь – Барнаулу. Материалы научно-практической конференции. – Барнаул, 2007 г. – с. 498-500.
ОАО «Алтайэнерго»: официальный сайт – Эл. ресурс: http://www.altaienergo.ru/ – Заглавие с экрана.
Радужные перспективы или катастрофа / Барнаул: Изд-во Фонда «Алтай – 21 век»; Новосибирск: Межрегиональная благотворительная общественная организация «Сибирский экологический центр», 2004. – 36 с.
Свистула И.А. Альтернативные источники энергии // Молодежь – Барнаулу. Материалы научно-практической конференции. – Барнаул, 2007 г. – с. 536-537.
Слободчиков В. Катунский узел // газ. «Алтайская правда», № 288 (23850), 03 ноября 2001 г.
Справочник по климату СССР. – Выпуск 20. Часть I. Солнечная радиация, радиационный баланс и солнечное сияние. – Новосибирск, 1977. – с. 268-278, 307-312.
Справочник по климату СССР. – Выпуск 20. Часть IV. Том 5. Ветер. – Обнинск, 1979. – с. 49-55
Суразакова С.П., Енгоян О.З. Что можно сделать из ржаной соломы, или Дом, который построил Джефф // «Алтайский вестник»: Международный научно-популярный эколого-культурологический альманах. – №1 (7). – Издательство Фонда «Алтай – 21 век», 2005. – с.31–33.
Шварц М. За все в ответе электричество // «Эксперт Сибирь», №3 (55), 30.01.2005
Энергетика Алтая: реальные альтернативы / Барнаул: Изд-во Фонда «Алтай – 21 век», 2006. – 92 с.
Энциклопедия Алтайского края: В двух томах. – Барнаул: Пикет, 1997. – Т.I. – 368 с.