Исследование ветроэнергетического потенциала Республики Алтай

НАУКИ О ЗЕМЛЕ

УДК 911.9

Ю.Н. Никольченко

магистрант, ФГБОУ ВПО «Горно-Алтайский государственный университет»

М.Г. Сухова

д-р геогр. наук, доцент, кафедра геоэкологии и природопользования, ФГБОУ ВПО «Горно-Алтайский государственный университет» мл. науч. сотрудник, ФГБУН «Институт водных и экологических проблем СО РАН» г. Барнаул

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА РЕСПУБЛИКИ АЛТАЙ

Работа выполняется в рамках государственного задания Министерства образования и науки РФ № 440, а также при поддержке РФФИ, грант № 12-05- 00108-а.

Аннотация. В статье анализируется возможность использования возобновляемых источников энергии в Республике Алтай. Рассмотрены пространственно-временные особенности ветрового режима для целей ветроэнергетики. Произведены расчёты удельной мощности ветрового потока.

Ключевые слова: ветроэнергетика, Республика Алтай, потенциал, устойчивое развитие, горная территория.

Yu.N. Nikolchenko, Gorno-Altaisk State University

M.G. Sukhov3, Gorno-Altaisk State University

RESEARCH OF WIND POWER CAPACITY OF ALTAI REPUBLIC

Abstract. The paper analyzes the possibility of using renewable energy sources in the Republic of Altai. Examined the spatial and temporal characteristics of the wind regime for wind power. Calculated specific power of the air stream.

Keywords: wind power, Altai Republic, potential, sustainable development, mountain territory.

Использование энергии ветра уходит корнями очень глубоко в древность. Ветер использовали как движущую силу для путешествий и передвижений по водоемам, его также использовали на мельницах, трансформируя поток ветра в механическую энергию. На данном этапе развития человечества ветроэнергетика является одной из ведущей отраслью альтернативной энергетики, которая генерирует экологически чистую механическую и электрическую энергию. В настоящее время ветроэнергетика получила эффективное развитие в США, Дании, Германии и Испании. Активный интерес проявляют к ней и развивающиеся страны (например, Индия, Китай, страны Южной Америки).

Ведущими отраслями специализации для большей части Республики Алтай является туризм и сельское хозяйство. Довольно часто объекты этих отраслей, как и некоторые поселения, значительно удалены от линий электропередачи (ЛЭП). Зачастую прокладка ЛЭП экономически не оправдана, поскольку строительство это обойдётся в значительную сумму. Средняя стоимость строительства ЛЭП составляет от 300.000 до 500.000 рублей за 1 километр, в зависимости от используемых материалов [1]. В таких случаях эффективно и целесообразно использование альтернативных источников энергии, в том числе и ветроэнергетики.

Для выявления ветроэнергетического потенциала исследуемой территории необходимо детальное изучение факторов климатообразования и климатических условий, определяющих ветровой режим. С этой целью нами использовался комплекс географических, геоэкологических, статистических и картографических методов исследования.

Одним из важных показателей, характеризующих эффективность использования ветро-

энергетических установок, является повторяемость штилей в течение года. Этот параметр отображает временные рамки возможного простоя ВЭУ: чем больше количество дней со штилем (безветренной погоды), тем меньше потенциальной энергии может выработать ветряк, и наоборот. Проанализировав количество дней со штилем и пространственное распределение, было выявлено, что распределение этого параметра неравномерно и согласуется с микроклиматической спецификой территории.

Наибольшее количество дней со штилем отмечается на м/с Онгудай (193 дня), Усть-Кокса (172 дня), Кош-Агач (160 дней) и Ак-Кем (153 дня). Простой ветроустановок в этих районах будет составлять больше 1/3 года, поэтому использование энергии ветра окажется рентабельно только совместно с другими источниками альтернативной энергетики. Значительно меньшее количество дней со штилем отмечается на м/с Кара-Тюрек (51 дня), Усть-Кан (66 дней) и м/с Кызыл-Озек (77 дней). Также важно отметить, что необходимы дополнительные микроклиматические исследования в предполагаемом месте строительства ветроэнергетической установки. Так, например, микроклиматические наблюдения, проведённые в створах котловин и приводораздельных частях склонов, свидетельствуют о низкой повторяемости штилей, что обусловлено неоднородностью и сложностью ветрового режима в горных условиях.

На данный момент, при современном уровне развития ВЭУ, условия их экономически оправданной эксплуатации в зависимости от среднегодовой скорости ветра можно приближённо оценить следующим образом. При скорости V < 3 м/с - условия бесперспективные для любых ВЭУ; при 3 < V < 3,5 м/с - мало перспективные; при 3,5 < V < 4 м/с - перспективные для ВЭУ малой мощности; при 4 < V < 5,5 м/с - перспективные для ВЭУ средней и большой мощности; при V > 5,5 м/с - перспективные для ветроэнергетических станций [2].

Таблица 1 - Среднемесячная и среднегодовая скорости ветра, м/с [3, 4]

Станция Месяцы Год

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Турочак 1 1,1 1,3 1,6 1,8 1,5 1,2 1,2 1,3 1,4 1,2 1,1 1,3

Кызыл-Озек 1,6 1,7 1,8 2 2,1 1,8 1,5 1,5 1,6 1,8 1,7 1,6 1,7

Яйлю 3,9 2,7 2,2 1,9 1,6 1,3 1,4 1,6 1,9 2,4 3,4 4,3 2,4

Чемал 4,8 3,2 2,6 2,6 2,7 2,2 2 2 2,3 3,3 4,1 4,6 3

Беля 6,1 4,5 3,7 3 2,2 1,8 1,7 2 2,5 3,6 4,7 5,6 3,4

Усть-Кан 2,4 2,6 3,1 3,2 3,2 2,8 2,6 2,6 2,9 2,9 2,8 2,6 2,8

Онгудай 0,5 0,6 1,1 1,8 1,7 1,4 1,3 1,2 1,2 1 0,8 0,6 1,1

Усть-Улаган 1,4 1,6 1,8 2,1 2,3 1,8 1,4 1,4 1,5 1,4 1,4 1,3 1,6

Усть-Кокса 1 1,2 1,8 2,3 2,4 1,9 1,6 1,6 1,6 1,9 1,6 1,1 1,7

Катанда 1,5 1,6 1,9 2,1 2,2 1,8 1,6 1,6 1,7 1,8 1,7 1,6 1,8

Кош-Агач 0,6 0,9 1,5 3 3,1 2,8 2,2 2 2,1 1,8 1,3 0,8 1,8

Кара-Тюрек 6,6 6,3 7,1 6,2 6 4,7 4,3 4,3 5,4 7,7 8,2 7,8 6,2

Ак-Кем 2 2,3 2,4 2 2,7 2,6 2,1 2,1 2,3 2,7 2,6 2,3 2,4

В результате анализа среднемесячных скоростей ветра (табл. 1) было выявлено, что наиболее благоприятные скорости ветрового потока для развития ветроэнергетики малой или средней мощности (> 3,5 м/сек) регистрируются на горных водоразделах и приводораздельных частях склонов (м/с. Кара-Тюрек), а также согласно результатам микроклиматических наблюдений автора в створах межгорных и внутригорных котловин. Зимний период характеризуется достаточно высокими скоростями ветра (до 4,8 м/сек) в меридионально и субмеридионально ориентированных речных долинах и участках озерных котловин (м/с. Чемал, Яйлю). Это объясняется активным развитием в этот период фёновой циркуляции, присущей для указанных местностей. В летний период высокие скорости наблюдаются на днищах высокогорных котловин, в

частности Чуйской и Бертекской (м/с Кош-Агач). В зимний период на этих территориях господствует антициклональная погода, сопровождаемая высокой повторяемостью штилей.

Одним из важнейших показателей ветроэнергетических ресурсов является удельная мощность ветрового потока. Согласно проведённым расчётам (табл. 2) распределение удельной мощности ветрового потока согласуется с годовым ходом скорости ветра и ранжируется по значимости в соответствии со скоростными показателями.

Таблица 2 - Потенциальная мощность ветрового потока, Вт/м2

Станция Месяцы Год

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Турочак 1,2 1,5 2,5 4,8 6,8 3,9 2,0 2,0 2,5 3,2 2,0 1,5 2,5

Кызыл-Озек 4,8 5,7 6,8 9,3 10,7 6,8 3,9 3,9 4,8 6,8 5,7 4,8 5,7

Яйлю 68,8 22,8 12,4 8,0 4,8 2,5 3,2 4,8 8,0 16,0 45,6 92,2 16,0

Чемал 38,0 38,0 20,4 20,4 22,8 12,4 9,3 9,3 14,1 41,7 79,9 112,9 31,3

Беля 263,3 105,7 58,8 31,3 12,4 6,8 5,7 9,3 18,1 54,1 120,4 203,7 45,6

Усть-Кан 16,0 20,4 34,6 38,0 38,0 25,5 20,4 20,4 28,3 28,3 25,5 20,4 25,5

Онгудай 0,1 0,3 1,5 6,8 5,7 3,2 2,5 2,0 2,0 1,2 0,6 0,3 1,5

Усть-Улаган 3,2 4,8 6,8 10,7 14,1 6,8 3,2 3,2 3,9 3,2 3,2 2,5 4,8

Усть-Кокса 1,2 2,0 6,8 14,1 16,0 8,0 4,8 4,8 4,8 8,0 4,8 1,5 5,7

Катанда 3,9 4,8 8,0 10,7 12,4 6,8 4,8 4,8 5,7 6,8 5,7 4,8 6,8

Кош-Агач 0,3 0,8 3,9 31,3 34,6 25,5 12,4 9,3 10,7 6,8 2,5 0,6 6,8

Кара-Тюрек 333,5 290,1 415,2 276,5 250,6 120,4 92,2 92,2 182,7 529,6 639,6 550,5 276,5

Ак-Кем 9,3 14,1 16,0 9,3 22,8 20,4 10,7 10,7 14,1 22,8 20,4 14,1 16,0

Таким образом, наибольшим потенциалом обладают высокогорные территории преимущественно Центрального и Юго-Восточного Алтая, наименьшим - Северный, СевероВосточный и Северо-Западный Алтай. Однако увеличение ветроэнергетического потенциала возможно в результате увеличения высоты расположения приёмной части ВЭУ. Для этого следует провести дополнительные исследования ветрового режима на различных высотах.

Развитие ветроэнергетики будет способствовать значимому экономическому росту Республики Алтай, повысит приток инвестиций, создаст бескризисную, самодостаточную, автономную энергосистему и привлечёт высококвалифицированных специалистов в энергетику и промышленность Алтая. Потребителями энергии ветра могут стать фермерские и крестьянские предприятия, сфера малого и среднего бизнеса, туристические базы, а также иные объекты рекреационной инфраструктуры. Всё это даст мощный толчок к развитию села, позволит беспрепятственно, не реагируя на возмущения в энергетических сетях, функционировать объектам туристической инфраструктуры, а также предприятиям фермерской и крестьянской сферы. Объекты альтернативной энергетики требуют больших первичных затрат, но они себя окупают в течение нескольких лет и, кроме того, вырабатывают экологически чистую энергию.

Список литературы:

1. Цены на строительство ЛЭП, расценки на установку опор ЛЭП. иКЬ: Ийр://е1еМпк-master.ru/ceny_na_stroitelstvo_lep (дата обращения: 02.03.2012).

2. Де Рензо Л. Ветроэнергетика. - М.: Энергоатомиздат, 1982. - 271 с.

3. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Сер. 3: Многолетние данные. -СПб.: Гидрометеоиздат, 1993. - Вып. 2, ч. 1-6. - 817 с.

4. Климатологический справочник СССР. История и физико-географическое описание метеорологических станций и постов. Красноярск, 1964. - Вып. 20. - 342 с.