ЖЭС және КЭС энергиясын сақтауды талдау мен жетілдіру әдебиетін зерттеу негізінде мақалада энергетика саласындағы электр энергиясын өндіруін дамытудағы бағытының жағдайы туралы мағлұматтар келтірілген. Энергоөндіретін құралдардың маңызды элементтері, яғни жел генераторлары және күн панельдері, аккумуляциялау батареялері, кондиционерлер, олардың негізігі кемшіліктері мен артықшылықтары қарастырылды.
Түйін сөздер: аккумуляциялау жүйелері, ЖЭС, КЭС, жел генераторлары, күн панельдері, аккумуляция батареялары, конденсаторлар.
В статье на основе изучения литературы по анализу и совершенствованию аккумуляции энергии ВЭС и СЭС приведены сведения о состоянии данного направления развития производства электрической энергии в энергетической отрасли. Рассмотрены важнейшие элементы энергопроизводящего оборудования — ветрогенераторы и солнечные панели, аккумулирующие батареи и конденсаторы, их основные достоинства и недостатки.
Ключевые слова: системы аккумулирования, ВЭС, СЭС, ветрогенераторы, солнечные панели, аккумулирующие батареи, конденсаторы.
In the article, based on the study of the literature on the analysis and improvement of the energy storage of WPP and SES, information is provided about the state of this direction of development of electric energy production in the energy industry. The most important elements of energy — producing equipment-wind generators and solar panels, storage batteries and capacitors, their main advantages and disadvantages are considered..
Key words: storage systems, wind farms, wind generators, solar panels, storage batteries, capacitors.
Жаңартылатын энергия көздері Халықаралық агенттігі (IRENA) деректеріне сәйкес 2020 ж. бүкіл әлемде жаңартылатын энергиядан 260 ГВт-тан аса қосылды [1].
Өндірілетін жиынтық электрэнергиядағы қайталанатын энергоресурстарының салмағының үлесі 0,2 аспайтын процент құрады. 2020 ж. Күн электрстанцияларының қуаты — 697 МВт, жел электрстанцияларының қуаты — 336 МВт, гидро және биоэнергетика — 224 МВт.
Қазақстанда жел энергетикасына қолайлы жағдай болса да, ол жақсы дамымаған. Мысалы, Жоңғар қақпасы мен Шелек дәліз аймағында желдің орташа жылдамдығы 5-тен 9 м/с дейін құрайды. 2011 ж. Қазақстандағы бірінші жел электрстанциясы — Қордай ЖЭС (бірінші кезегі) Жамбыл облысында пайдалануға енгізілді, қуаты 1500 кВт. Казіргі уақытта қуаты 21 МВт тең ЖЭС-тің екінші кезенін іске қосу аяқталады деп жоспарланды. Сонымен қатар, 2013 ж. қуаты 45 МВт Ерементау ЖЭС-нің капсуласы салынды. Одан басқа Жамбыл облысында қуаты 400 МВт Жаңатас ЖЭС, қуаты 200 МВт Шоқпар ЖЭС жобаланды.
Қазақстанда күн жарығының ұзақтығы 2200–3000 сағат, бағалауға сәйкес қуаты жылына 1 шаршы метрге 1300–1800 кВт болса да күн энергиясы да аз пайдаланылады. 2012 ж. Жамбыл облысының Қордай ауданында қуаты 504 кВт «Отар» күн электрстанциясының бірінші кезені пайдалануға енгізілді, жобалық қуаты 7 МВт тең. 2020 ж. қазан айында Қазақстанда күн электрстанцияларының жиынтық электр қуаты 839 МВт құрады [2].
Жел энергиясын өзгерту нәтижесінде кинетикалық энергия, механикалық энергия, электр энергиясы пайда болады. Электр энергиясын өндіру үшін жел генераторы қажет. Жел генераторларының негізгі түрлері: тік және көлденен. Тік генераторлардың тиімділігі жоғарырақ, себебі энергия ағыны оларда толығырақ пайдаға асады. Демек, олар желге бағыттауды қажет етеді. Сонымен қатар, биік тірек және оларды дауылды желден қорғау керек. Тік генераторлардың тиімділігі аздау. Бұл жалғыз ғана кемшілік десек болады [3].
Кесте 1
Жел генераторларының қуаты мен өлшемдері
|
Сипаттама, өлшем бірлігі |
1 МВт |
2 МВт |
3 МВт |
|
Мачта биіктігі, м |
50 м — 60 |
80 |
80 |
|
Қалақша ұзындығы, м |
26 |
37 |
40 |
|
Ротор диаметры, м |
54 |
76 |
82,4 |
|
Осьтағы ротор салмағы, т |
25 |
52 |
52 |
|
Машина бөлімшесінің толық салмағы, т |
40 |
82 |
82,5 |
|
Қайнар көзі: Қазіргі кездегі жұмыс істеп тұрған жел генераторның сипаттамалары Параматры действующих ветрогенератов. Пори, Финляндия |
|||
[4]
2019 ж. басына барлық жел генераторларының жалпы анықталған қуаты 600 ГВт-тан асты. 2009 ж. бастап әлемде барлық жел генераторлар қуатының орташа өсімі 38–40 ГВт-ты құрады. WWEA мәліметеріне сәйкес жиынтық қуаттарға мынадай деректер келтірілді (график 1).
1-сурет. WWEA жиынтық қуаттар динамикасы
Еуроодақ 2020 ж. қарай 180 мыңдық МВт жел генераторларын қондыру мақсатын белгіледі. Еуроодақ жоспарына сәйкес жел электрстанцияларының жалпы өндіретін электр энергиясының көлемі 494,7 Тв-ч құрауы тиіс. Қытайда жел энергетикасы секторының дамуы 2020 ж. қарай жоспарланған 30 ГВт құат межесін 2010 жылы іске асыру мүмкіндік берді [4].
Көп жағдайда ұзақ сақтау жүйелері күн және жел энергиясын өндіруге арналған ЖЭК (жаңартылатын энергия көздері) технологиялар үшін қолданылады. Жел генераторларын пайдалануына қатысты келесі шарттарды ескерген жөн. Біріншіден, жел энергиясының ауытқулары желдің әр түрлі жылдамдықтарында пайда болады, сол үшін энергия сақтау жүйесіне әр түрлі уақыт аралықтарында шығарылатын қуаттың кестесін түзеу талабы қойылады.
Екінші жағдайда, неғұрлым көп ЭСЖ-нің (энергия сақтау жүйесі) жалпы құнын төмендету үшін энергия аккумуляцилау/сақтау қоймасының сыйымдылығын анықтау маңызды болып табылады. ЭСЖ-нің қуаты мен сыйымдылығын анықтауда жел генераторының электрэнергиясын талдауға негізделген әдісті пайдаланады.
Талдауда қарастырылатын суперконденсатордың сыйымдылығы P W (жел энерго қондырғысының қуаты) мен P G (сетьке жіберілетін тұрақты қуат) қуат арасындағы максималды ауытқу шамасы арқылы есептеледі. Энергия сақтаушыда сақталатын энергия анықталады:
E
E
(t) = E
EO
+
E EO — энергия сақтаушының бастапқы энергиясы;
P E — энергия сақтаушының қуаты.
Осы мәселелерді шешу нәтижесінде тұтынушыға құны салыстырмалы төмен энергия ұсынылады және жел энергетикасының әр қарай дамуына зор ықпал жасалады [5].
Электр энергияны аккумуляциялау артық өндірілген энергияны сақтаудың ең маңызды әдістерінің бірі болып саналады. Электр энергияны сақтаудың ең ыңғайлы да жетілдірілген құралы ретінде аккумуляторлар қарастырылады. ЖЭС пен СЭС үшін электр энергияны аккумуляциялауда әр түрлі жүйелер қолданылады. Олардың негізіне әр түрлі құралдар кіреді: инвертор, түзеткіш, контроллерлер, қорғаушы қондырғылар (реле), есептеуіш-өлшеушілер т. с.с.
Соңғы онжылдықтағы қондырылатын энергия жинақтау жүйелердің ең көп көлем өсімі аккумуляциялау батареялары мен конденсаторлары деген электр жүйелермен байланыстырылады. Әдетте, литий-ионды аккумулляторлар заманымыздың ірі энергия жинақтау жүйелерінде қолданылады. Оларда энергияны сақтау үшін электрохимиялық процестер өтеді. Энергия сақтаудың қоймасы ғана ретінде, химиялық реакцияны қажет етпейтіндіктен жинақталған энергияны батареяден, неғұрлым, жылдам энергияны шығаратын конденсаторлар роль атқарады [6].
Отқа төзімді кірпіш — бұл Цельсий бойынша 1600 градус температурасында өңделген арнайы саздан жасалған кірпіш. Осы жүйе жел қатты соққанда немесе күн қатты жарқырағанда артық энергияны жылуға айналдыруға қабілетті, жылу тұтыну сағатының жоғары деңгейі болғанда оны электрге айналдыру үшін арнайы отқа төзімді кірпіштің штабельдерінде жинақталады. Бұл жүйе FIRES деп аталды (FirebrickREnergyStorage), оның құны гидроэлектрлік жүйелердің немесе аккумуляторлық батареялердің негіздегі жүйелердің құнының 1/40 бөлігінен аспайды. Керек кезде жылу энергиясы қайтадан пайдалану түріне айналдырылады. Сәті болса осындай аккумулдау станцияларының шығаруы 2020 ж. көзделген [7].
Қалпына келтіретін дәстүрлі емес жел және күн энергиясының келешегі зор, экологиялық таза, қоры ешуақытта сарқылмайды, әрі арзан, тиімді. Қазақстанда жел және күн күшімен алынатын электр энергиясы қуатын кенінен және мол өндіруге болады [8].
«Жасыл экономикаға» өту Концепциясы мен Қазақстан Республикасының 2025 ж. дейін дамудың Стратегиялық жоспарына сәйкес 2025 ж. қарай электрэнергия өндіру жалпы көлемінде ЖЭК үлесінің салмағы алты процентке жетуі тиіс [9].
Әдебиет:
- К 2030 году солнечная мощность Австралии может достичь 80 ГВт //elektrovesti.net/75660
- Нетрадиционные возобновляемые источники // Энергетика Казахстана /ru.wikipedia.org/wiki
- Какие виды ветрогенератов наиболее эффективны: особенности, достоинства и недостатки // https://energo.house/veter/vidy-vetrogeneratorov.html
- Ветроэнергетика // ru.wikipedia.org/wiki /
- В. И. Красовский, П. В. Яцко. Системы аккумулирования в технологии возобновляемых источников энергии // https://elib.bsu.by/bitstream/123456789/231575/1/133–136.pdf
- Современные системы накопления энергии. Кевин Краузе (Kevin Krause), перевод и дополнения В.Рентюк. Опубликовано в номере: Control Engineering Россия, апрель 2020 // controleng.ru/apparatnye-sredstva/sistemy-nakopleniya-energii/
- Древняя технология стала основой новой системы аккумулирования энергии // https://www.gov.kz/memleket/entities/kaenk/press/news/details/drevnyaya-tehnologiya-stala-osnovoy-novoy-sistemy-akkumulirovaniya-energii?lang=ru
- Жел энергетикасы // https://kk.wikipedia.org/wiki / Жел_энергетикасы
- Широкомасштабное развитие возобновляемых иточников энергии и его влияние на рынок электроэнергии и сетевую инфраструктуру //https://unece.org/sites/default/files/ 2021–01/RUSUNECE_14.120.pdf1.
