Жел энергетикасы

Жел энергетикасы

Жел энергетикасы — жел энергиясын механикалық, жылу немесе электр энергиясына түрлендірудің теориялық негіздерін, әдістері мен техникалық құралдарын жасаумен айналысатын энергетиканың саласы. Ол жел энергиясын халық шаруашылығына ұтымды пайдалану мүмкіндіктерін қарастырады. Елімізде арзан электр энергия көздерін іздеу мақсатында, “Қазақстанда 2030 жылға дейін электр энергиясын өндіруді дамыту туралы” мемлекеттік бағдарламаға сәйкес, жел күшімен өндіретін электр энергиясы қуатын халық шаруашылығына қолданудың тиімді жолдары қарастырылуда. Қазақстанда жел күшімен алынатын электр энергиясы қуатын кеңінен және мол өндіруге болады. Республикамыздың барлық өңірлерінде жел қуаты жеткілікті. Жел энергиясының басқа энергия көздерінен экологилық және экономикалық артықшылықтары көп. Жел энергетикасы қондырғыларының технологиясын жетілдіру арқылы оның тиімділігін арттыруға болады. Жел энергиясын тұрақты пайдалану үшін жел энергетикасы қондырғыларын басқа энергия көздерімен кешенді түрде ұштастыру қажет. Республиканың шығыс, оңтүстік-шығыс, оңтүстік аймақтарында су электр станциялары мен жел электр станцияларын біріктіріп электр энергиясын өндіру өте тиімді. Қыс айларында жел күші көбейсе, жаз айларында азаяды, ал су керісінше, қыс айларында азайса, жаз айларында көбейеді. Сөйтіп, энергия өндіруді біршама тұрақтандыруға болады. Алматы облысының Қытаймен шекаралас аймағындағы 40-ендікте Еуразия мегабассейніндегі орасан зор ауа массасының көлемі ауысатын Орталық Азиядағы “жел полюсі” деп аталатын Жетісу қақпасындағы желдің қуаты мол. Ол екі таудың ең тар жеріндегі (ені 10 – 12 км, ұзындығы 80 км) табиғи “аэродинамикалық құбыр” болып табылады. Қақпа Қазақстанның Балқаш – Алакөл ойпатын Қытайдың Ебінұр ойпатымен жалғастырады. Осы жердегі жел ерекшеліктерін зерттеу нәтижесінде оның электр энергиясын өндіруге өте тиімді екені анықталды. Қыс кезінде желдің соғатын бағыты оңтүстік, оңтүстік-шығыстан болса, жаз айларында солтүстік, солтүстік-батыстан соғады. Желдің орташа жылдамдығы 6,8 – 7,8 м/с, ал жел электр станциялары 4 – 5 м/с-тан бастап энергия бере бастайды. Желдің қарама-қарсы бағытқа өзгеруі сирек болуына байланысты мұнда турбиналы ротор типті жел қондырғысын орнату тиімді. Желдің жалпы қуаты 5000 МВт-тан астам деп болжануда. Бұл өте зор энергия көзі, әрі көмір мен мұнайды, газды үнемдеуге және, әсіресе, қоршаған ортаны ластанудан сақтап қалуға мүмкіндік береді.

Жел энергетикасының пайдаланудың даму тарихы

Бірнеше мыңдаған жылдар бойы адамдар желді – энергия көзі ретінде пайдаланған. Қоғам мәдениетінің жаңа қалыптасқан кезінде жел энергиясын теңіз саяхатында пайдаланған. Ертедегі мысырлықтар 5 мың жыл бұрын жел энергиясын пайдаланып желкен көмегімен жүзген. Біздің заманымыздың 700 жылдары қазіргі Ауғанстан жерінде тік бекітілген осі бар жел машинасымен дақылдарды ұнтақтау үшін қолданған. Жерорта теңізінде орналасқан Крит аралында ұзын мұнараға бекітілген жел күшімен қозғалатын диірмен жер суландыру жүйесінің жұмысын атқарған. 14 ғасырда голландықтар жел диірменін жетілдіріп, дәнді-дақыл өнімдерін ұнтақтау үшін қолданды. 1854 жылы АҚШ-та жел энергиясымен жұмыс істейтін су тарту насосы іске қосылды. Су тарту насосының моделі жел диірменінен қалақшалар санының көптігімен және жел бағыты мен жылдамдығын анықтайтын аспап флюгердің болуымен ерекшеленеді. 1940 жылдары осындай жел күшімен қозғалатын диірменнің саны 6 миллиондай еді, оларды су тарту және электроэнергия алу мақсатында қолданды. Осындай жел диірмендер мал шаруашылық фермасын сумен қамтамасыз етіп тұрды. 20 ғасырдың ортасында жел энергиясын қазіргі заман энергия қоры – мұнай орнын басты. Дүние жүзінің бірнеше рет мұнай дағдарысынан соң, қайтадан жел энергетикасына көпшіліктің қызығушылығы оянды. 70 жылдары мұнай бағасының өсуіне байланысты, энергетика сарапшылары жел энргиясын пайдалану шараларын ұсынды. Мемлекет қаржыландыру қолдауымен өткізілген зерттеулер мен эксперименттердің нәтижелері, жел энергиясын пайдаланудың жаңа технологиясының дамуына жол ашылды. 1981-1984 жылдары Калифорнияның өзінде 6870 жел турбинасы іске қосылды. Бірақ 31 желтоқсан 1985 жылы мұнайдың бағасы баррельге шыққанда 10 долларға түсті, осыған байланысты желқондырғысын шығаратын көптеген шағын компаниялар жойыла бастады. Ал 1998 жылы АҚШ-та жел энергетикасы дамуы қайтадан даму сатысына көтерілді. 

Жел энергетикасының экологияға әсері

Жел энергетикасы дамуы, энергия жетіспейтін аудандарға қуаныш әкелгенмен, оның зиянды да әрекеті бар. Жел қондырғылардың айналып тұратын қалақшалары, механизмі, айнала ортаға дыбыс шуын шығарады,  40 децибелдан асатын дыбыс толқындары, адам организміне зиянды әрекетін тигізеді. Мысалы шу деңгейінің жоғары болуы дыбыс құлақтың дыбыс қабылдауын нашарлатып, организмнің жүйке-психологиялық әрекетіне зиянын тигізеді. Жел қондырғылары бір-бірінен мұнара биіктігімен салыстырғанда 5-10 есе қашықтықта орналасуы тиіс, осы территорияда орналасқан желқондырғылар аймағында ешқандай ғимрат, орман болмауын ескеру қажет. Құстар жоғары кернеу жиліктері мен антеннамен, ғимрат терезелерімен, кейде автомобиль терезесімен соқтығысып мертігіп жатады. Кейбір желқондырғысы мұнарасының жоғары жағында қонақтайды, бұл бұлардың өміріне қауіп әкеледі. Желқондырғыларын салған кезде құстардың ұшу миграция маршрутын ескеру қажет. Желқондырғысының металл бөліктері айналғанда қуатты дыбыс тербелістерін туғызады, сол маңайдағы радиотолқындармен жұмыс істейтін телевизиялық радио және радарлық құрылғыларға кері әсерін тигізеді. 

Қазақстандағы жел энергетикасының қоры

Жел қондырғысын орнату керек деген шешім қабылдадық. Біріншіден бізге тұтынатын энергиямыздың мөлшерін есептеп алу керек және өз жерімізге орташа соғатын желдің жылдамдығын білуіміз керек, екіншіден, жел- қондырғысын орнататын жерді таңдау. Ашық ландшафтағы төбе және тау жотасына жерқондырғысын орнату тамаша орын болып есептеледі. Төбеде жел жылдамдығы жазық тегіс жерге қарағанда ылғида жоғары. Егер 2 немесе бірнеше қондырғылар орнататын болсақ, онда олардың арасы мұнараның биіктігімен кем дегенде 5 есе артық болу керек, олай болмағанда жұмыс істегенде бір-біріне кедергі жасайды. Мемлекеттік деңгейде шаралар қабылданып жатқанына қарамастан, Қазақстанда қайта қалпына келетін және баламалы энергетика кенже қалған. Өкінішке қарай, бірнеше құрылысты, атап айтқанда, жел энергетикасы кешендерін салуға талпыныс жасалғанымен республикамызда бүгінгі күнге дейін бұл салада бірде-бір ірі жоба іске қосылмаған екен. Мәселен, ҚР Қоршаған ортаны қорғау министрлігінің мәліметі бойынша, 2010 жылы баламалы энергия көздерінің үлесі 0,03%-ды құраған. Яғни, жалпы энергия көлемінің бір пайызына да жетпейді. Бұл дегеніміз, бұл саланы әлі де болса жетілдіре түсу қажет екенін көрсетсе керек. Салыстыру үшін айтсақ, тіпті, озық қалпына келетін энергия көздерін қолдану бойынша әлемдік аутсайдерлердің қатарына кіретін Ресейде де оның үлесі төмен, жалпы өндірілген энергияның бар-жоғы 1%-ын құрайды. Сонымен қатар оның базасында алынған жылу энергиясы 3%-ға жуықтайды.      Қазақстанда жел энергетикасын пайдаланудың басымдықтары жел энергиясы ресурстарының бар болуымен анықталады. Қазақстан территориясының жартысында желдің орташа жылдық жылдамдығы 5-6 м/с., ал кейбір аудандарда желдің жылдамдығы 7-8 м/с. құрайды. Жел электростанцияларын салу ең алдымен, желіге қосылмаған шалғайдағы аудандарды энергиямен қамтамасыз етумен шартталады. Елімізде жел энергетикасын дамытуға деген қызығушылық келесі артықшылықты факторлармен түсіндіріледі: жел – бұл отынның бағаларына тәуелді болып табылмайтын энергияның жаңартылып отыратын ресурсы; жел ресурсы елдің барлық территориясында қол жетімді болып табылады; орнатылатын жел энергетикасы құрылғысының қуаттылығына бәсекенің болуы; атмосфераға зиянды қалдықтарды тастаудың және парниктік газдарды жіберудің болмауы; шалғай аудандарды электроэнергиямен жабдықтауды орталықсыздандырудың мүмкіндігі. Қазіргі кездегі жел энергиясын пайдалану мүмкіндіктері: Жел энергетикасының күннен-күнге дамуы қарқындап өсуде. 31 желтоқсан 2005 жылы бүкілдүниежүзілік желэнергетикасының өндірілетін қуаты 58 982 МВт болды. Осындай қарқынды өсу сатысында Бүкіләлемдік жел энергетика ассоциациясы 2010 жылы жел энергиясын қуатын 120 000 МВт-қа өсіруді жоспарлап отыр. Жел қондырғылардың жетілдіруі мен көп жылғы тәжірибе, жұмсалатын шығын мөлшерінің төмендеуіне мүмкіндік туғызды, ал бұл АҚШ-та электроэнергия құнының 1986 ж 1 кВт. сағ – 14 центке, 1999 ж - 5 центке төмендегенінен көрінеді. Ал Европа елдері желэнергиясын дамытуда жетекші, алдыңғы шептегі жаңа технология өндірісінің орталығы десек те артық айтпаған болар едік.

Қазақстанда жел энергетикасын дамыту мақсатында энергия жүйесін бағалау

«Қазақстан – жел энергиясы нарығын дамыту бастамасы» Қазақстан Республикасы Үкіметінің және БҰҰ-ның даму бағдарламасы (бұдан әрі – БҰҰДБ) бірлескен жобасының шеңберінде 2011 жылғы 10 наурызда Қазақстан Республикасы Индустрия және жаңа технологиялар министрлігінде «Қазақстанда жел энергетикасын дамыту мақсатында энергия жүйесін бағалау» тақырыбына тұсаукесер болды. Тұсаукесерге БҰҰДБ, «KEGOC» АҚ, «Қазақстандық индустрияны дамыту институты» АҚ, «Каздорпроект» АҚ, «Астананың жаңа университеті» (Назарбаев Университет) АҚ, «Энергия» КазНИПИТЭС» АҚ өкілдері қатысты. Кездесу барысында жалпыға бірдей шолуға «VTT» фин компаниясының БҰҰДБ тапсырысы бойынша жел энергетикасының елдің энергия жүйесіне кірігу әсерін бағалау бойынша соңғы есебі ұсынылды. Бұл Қазақстанда жүргізілген қолданыстағы өндіруші қуатты бағалау бойынша алғашқы осындай зерттеу. Қазақстанның энергия жүйесін зерттеуге сәйкес орталықтандырылған теңгерімдеу бар. Бұл жел энергиясының кірігуіне ықпал етеді, өйткені жел энергиясының тұрақсыздығын деңгейлестіру бойынша ең жоғарғы нәтижені қамтамасыз етуге болады: Қазақстандағы жел электр станцияларының  жалпы пайдаланатын өндіруші қуаты 80 % жоғары немесе жалпы белгіленген қуаттан 10 % төмен сирек болады. Жел энергиясын өндіру жөніндегі болжамдық сценарий 2015 жылы жылына шамамен 250 МВт және 2030 жылға қарай жылына шамамен 2000 МВт өндіруді көздейді. Жел энергетикасының жел энергиясын жалпы өндіруге кірігу деңгейі 2015 жылы электр энергиясын жалпы өндірудің 1 % -ынан азын және 2030 жылға қарай шамамен 4 %-ды құрайтын болады. Энергетика жүйесінің орныққан тәртіптемесінің авариялық бұзылу зардаптарын үлгілеу нәтижелері осы зерттеуде қаралған жел энергиясын өндіру сценарийі  энергетика жүйесінің қауіпсіздігіне қатер төндірмейтінін көрсетті.  2030 жылы қуаты 300 МВт «Шелек» жел электр станциясына ғана электр торабын күшейту қажеттілігі көрсетілген. Энергетика жүйесінің шығынын талдау жел энергиясы Қазақстанның энергетика жүйесіндегі шығынды қысқарта алатынын көрсетті. Жел энергиясын теңгерімдеу құны 2030 жылғы деңгейде жел энергиясының құнын 0.3 - 0.6 €/МВт/сағ-қа арттырады. 

Қазіргі кездегі жел энергиясын пайдалану мүмкіндіктері

Жел энергетикасының күннен-күнге дамуы қарқындап өсуде.                       31 желтоқсан 2005 жылы бүкілдүниежүзілік желэнергетикасының өндірілетін қуаты 58 982 МВт болды. Осындай қарқынды өсу сатысында Бүкіләлемдік жел энергетика ассоциациясы 2010 жылы жел энергиясын қуатын 120 000 МВт-қа өсіруді жоспарлап отыр. Жел қондырғылардың жетілдіруі мен көп жылғы тәжірибе, жұмсалатын шығын мөлшерінің төмендеуіне мүмкіндік туғызды, ал бұл АҚШ-та электроэнергия құнының 1986 ж 1 кВт. сағ – 14 центке, 1999 ж - 5 центке төмендегенінен көрінеді. Ал Европа елдері желэнергиясын дамытуда жетекші, алдыңғы шептегі жаңа технология өндірісінің орталығы десек те артық айтпаған болар едік.