В статье было проанализировано использование альтернативных источников энергии для освещения аварийных участков автомобильных дорог. Было установлено, что средняя скорость ветра в Санкт-Петербурге позволяет использовать ветрогенераторы в качестве источника альтернативной энергии. Рассмотрены технические показатели ветрогенераторов. Построена диаграмма получаемой и требуемой солнечной энергии в среднем за год по Санкт-Петербургу. Сделаны выводы об использовании альтернативных источников энергии в нашем регионе.
Ключевые слова: ветрогенераторы, солнечная энергия, освещение автомобильных дорог, среднемесячная скорость ветра, мощность солнечной батареи, солнечные батареи, энергия ветра, альтернативные источники энергии.
1. Введение
В настоящее время в Российской Федерации ведутся масштабные работы по развитию сети автомобильных дорог. Особое внимание при их проектировании, строительстве, реконструкции и капитальном ремонте уделяется вопросам обеспечения безопасности движения. Одним из важных элементов безопасного движения является освещенность трассы, особенно на опасных участках эксплуатируемых дорог.
По данным Росавтодора за 2014 год 37 % аварий произошло из–за плохой освещенности дорог. Проблема освещения опасных участков дорог вдали от постоянных источников электроэнергии решается специалистами отрасли установкой альтернативных источников получения электроэнергии непосредственно в полосе отвода автомобильной дороги как на элементах обустройства, так и на искусственных сооружениях.
2. Альтернативные источники энергии
Альтернативная энергетика — совокупность перспективных способов получения энергии, которые распространены не так широко, как традиционные, однако представляют интерес из-за выгодности их использования при низком риске причинения вреда экологии [1]. К ним относятся: солнечная энергетика, ветроэнергетика, биомассовая энергетика, волновая энергетика.
Самыми распространенными являются: ветроэнергетика и солнечная энергетика. Каждый из названных способов имеет свои преимущества и недостатки технического и природного характера. Эффективность использования того или иного способа во многом определяется природно-климатическими факторами, в том числе: количеством солнечных дней, продолжительностью светлого и темного времени суток, наличием постоянно дующих ветров, их направлением. Эти факторы значительно различаются по своим показателям на территории нашей страны. В качестве примера в статье рассмотрены природно-климатические факторы, характерные для Ленинградской области.
Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в электрическую. Такое преобразование осуществляется с помощью ветрогенераторов.
Технические показатели условий работы ветрогенераторов:
минимальная скорость ветра — 1 м/с;
скорость ветра для выхода на номинальную мощность 6–10 м/с;
Среднемесячная скорость ветра по Санкт — Петербургу за 10 лет представлена на диаграмме 1 [2].
Таблица 1
Среднемесячная скорость воздуха за 2004–2014 год
|
год/месяц |
2004 |
2005 |
2006 |
2007 |
2008 |
2009 |
2010 |
2011 |
2012 |
2013 |
2014 |
Среднее за 10 лет |
|
Июль |
4,9 |
7,9 |
6 |
8,2 |
8,9 |
8 |
5,5 |
7,9 |
7 |
7,2 |
7,1 |
7,1 |
|
Август |
7 |
5,9 |
4 |
6,1 |
8,9 |
5,5 |
7 |
6,1 |
6,3 |
6,8 |
6,4 |
6,3 |
|
Сентябрь |
5,8 |
6,5 |
5 |
6,3 |
8 |
5,6 |
7,2 |
9,8 |
7,8 |
7,5 |
7,8 |
7,1 |
|
Октябрь |
5,9 |
5,9 |
5,9 |
8,1 |
6,5 |
6,6 |
7,1 |
7,1 |
7 |
7 |
7 |
6,7 |
|
Ноябрь |
6 |
6,1 |
5,8 |
6,9 |
6 |
5,9 |
6,9 |
7,1 |
6,9 |
6,5 |
6,9 |
6,4 |
|
Декабрь |
5,5 |
5 |
6 |
6,1 |
7,1 |
5,9 |
6,6 |
6 |
6,8 |
6,8 |
6,8 |
6,2 |
|
Январь |
4,5 |
4,5 |
5,3 |
6,3 |
5 |
5,5 |
5,5 |
5,9 |
6,5 |
6,4 |
6,4 |
5,6 |
|
Февраль |
4,9 |
5,5 |
4,9 |
6,1 |
6,2 |
5,5 |
6,1 |
5,9 |
5,9 |
5,7 |
5,8 |
5,7 |
|
Март |
5,9 |
5,3 |
6,8 |
6,2 |
5,8 |
7 |
5 |
6,5 |
6,2 |
6,2 |
6,3 |
6,1 |
|
Апрель |
5,1 |
5,1 |
6 |
6,2 |
8,9 |
6,6 |
6,6 |
7,3 |
5,9 |
5 |
5,8 |
6,2 |
|
Май |
7,8 |
6,9 |
7,8 |
8 |
9,1 |
6,2 |
6,9 |
8,3 |
8 |
7 |
8 |
7,6 |
|
Июнь |
7,3 |
6,3 |
9,6 |
9,5 |
8 |
6,1 |
6,7 |
9,5 |
9 |
8,9 |
8,9 |
8,1 |
Для расчета в таблице 1 приведены среднемесячные скорости воздуха за каждый год за 10 лет. И рассчитана средняя в месяц скорость воздуха за 10 лет. Данные этой таблицы различны с данными СП 131.13330.2012 Строительная климатология, так как значения таблицы 1 взяты с поправками на изменчивость климата.
Среднее за 10 лет будем считать по формуле среднего взвешенного:
,
где:
— вес вещественного числа,
— вещественное число.
Средне квадратичное отклонение высчитывается по формуле:
где:
а — это среднее взвешенное,
аn — это данная величина.
Таблица 2
Среднеквадратичное отклонение
|
Месяц |
Среднеквадратичное отклонение |
|
Июль |
1,174347 |
|
Август |
1,134981 |
|
Сентябрь |
1,30035 |
|
Октябрь |
0,641022 |
|
Ноябрь |
0,478634 |
|
Декабрь |
0,614965 |
|
Январь |
0,710953 |
|
Февраль |
0,428528 |
|
Март |
0,564881 |
|
Апрель |
1,08586 |
|
Май |
0,774597 |
|
Июнь |
1,283107 |
По данным таблицы 1 построим диаграмму.
6м/с –скорость ветра для выхода на номинальную мощность
1м/с –минимальная скорость ветра
Рис. 1. Среднемесячная скорость ветра за 10 лет по городу Санкт-Петербургу
Солнечная энергия.
Солнечная энергетика — направление альтернативной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде.
Для анализа мощностей от солнечной батареи необходимо учесть, что расход и накопление солнечной энергии в течении года не постоянны.
Среднемесячное число часов солнцестояния представлено на диаграмме 2 [1] Для аккумулирования энергии достаточно одного часа, но выход на номинальную мощность происходит только от 10 часов солнцестояния, при поворотном механизме солнечных батарей.
Рис. 2. Среднемесячное число часов солнцестояния
Оптимально солнечная энергия накапливается и расходуется только в октябре и марте. В остальные месяцы солнечного света либо не хватает для аккумулирования энергии (ноябрь-февраль), либо период, требующий освещения очень мал, и энергия аккумулируется с избытком (апрель-сентябрь).
По данным диаграммы 3 видно, что мощность, поступающая от одной батареи размером 1600х800 и мощностью 230 Вт, в некоторые месяцы является избыточной, или недостаточной, чтобы это скомпенсировать необходимо увеличивать площадь батарей в зимний период или изменять угол наклона для большего или меньшего попадания солнечного света. Стоимость одной батареи в среднем составляет 16000 руб, но в Ленинградской области необходимо устанавливать поворотный механизм для солнечных батарей, стоимостью от 150 169 руб, что увеличивает стоимость конструкции в 10 раз.
Рис. 3. Пересечение мощностей от солнечной батареи и потребляемой мощности
По данным диаграммы 3 видно, что мощность, поступающая от одной батареи размером 1600х800 и мощностью 230 Вт, в некоторые месяцы является избыточной, или недостаточной, чтобы это скомпенсировать необходимо увеличивать площадь батарей в зимний период или изменять угол наклона для большего или меньшего попадания солнечного света.
3. Вывод
В ходе написания статьи был выполнен сравнительный анализ ветроэнергетики солнечной энергии для Санкт-Петербурга и Ленинградской области из которого можно сделать следующие выводы:
- Среднемесячная скорость ветра, рассчитанная за 10 лет по городу Санкт — Петербургу является достаточной для использования ветрогенераторов при выходе на номинальную мощность при скорости ветра 6м/с.
- Для дальнейшего анализа эффективности использования солнечной или ветровой энергии необходимо выполнить углубленный экономический анализ.
Литература:
- Строительные нормы и правила: Строительная климатология: СНиП 23–01–99: Введ. 1.01.2000: Взамен СНиП 2.01.01–82. -М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2000. — 57 с: ил.
- Атлас России [Электронный ресурс]. 2007–2014. URL: http://www.atlas-yakutia.ru/weather/wind/climate_russia-III_wind.html
