Д.т.н., Тлеуов А.Х., Тлеуова А.А.

Казахский государственный агротехнический университет, г. Астана, Республика Казахстан

Определение условий эффективного использования гелиоустановок в Республике Казахстан

Потребности в освоении и развитии энергетики на возобновляемых ресурсах становится все более актуальной при возрастающем спросе на топливо, особенно на нефть, росте населения и требований к уровню жизни и изменениями в экологической ситуации на Земле.

Такой прирост производства энергии трудно обеспечить без использования новых источников энергии, так как при возрастающей потребности в энергии запасы топлива истощаются. Независимо от отношения к атомной энергетике энергетические программы всех стран содержат, как правило, два основных пункта, направленных на улучшение обеспечения энергией:

§ развитие энергетики на возобновляемых источниках энергии;

§ повышение эффективности использования производимой и потребляемой энергии.

Для эффективного использования возобновляемых источников энергии необходимо следующее:

§ произвести оценку ресурсов и мощности возобновляемой энергии;

§ определить временные характеристики возобновляемых источников энергии;

§ произвести мониторинг окружающей среды, так как в основе решения об использовании ВИЭ должны обычно лежать результаты многолетних наблюдений в данном районе.

Рассмотрим с учетом научных основ использования возобновляемых источников энергии изложенных выше, определение условий эффективного использования гелиоустановок /1/.

Основным определяющим фактором для определения производительности гелиосистем является величина плотности потока суммарной солнечной радиации в плоскости коллектора I_т .

Для прогнозирования теплопроизводительности гелиоустановок необходимо, с нашей точки зрения, рассмотреть взаимное влияние друг на друга следующих условий:

- временное и широтное распределение поступающего суммарного солнечного излучения;

- влияние солнечной активности на поступление солнечного излучения на поверхность Земли.

Рассмотрим основные энергетические взаимодействия между звеньями климатической системы, поступление солнечной энергии на Землю и ее распределение.

Солнце является источником энергии для климатической системы. Количество лучистой энергии Солнца, приходящей на верхнюю границу атмосферы принято характеризовать солнечной постоянной. Международная комиссия по радиации рекомендовала в качестве стандартного значения солнечной постоянной величину = 1,37 кВт/м². Этой величине соответствует полная мощность солнечного излучения, называемая светимостью Солнца и равная 3,9 ∙ 10²³ кВт /2/.

В большинстве районов Земли солнечная радиация поступает не перпендикулярно к единичной площадке, а под некоторым углом , называемым угловой высотой Солнца.

Поток солнечного тепла на горизонтальную площадку или инсоляция определяется следующим образом:

(1)

где , - среднее расстояние Земли от Солнца.

- склонение Солнца; - широта местности; - часовой угол.

Таким образом поступление солнечной радиации можно определить теоретически пользуясь приведенным выражением, а также на основе многолетних актинометрических наблюдений. Результаты таких наблюдений представлены на рис. 1 и 2.

В чем выражается влияние солнечной активности на поступление солнечного излучения на поверхность Земли? Для этого необходимо доказать существенную связь между временами активности Солнца (имеющимися графиками солнечной активности) и поступлением суммарной солнечной Радиации на подстилающую поверхность. В случае существования такой связи появляется возможность прогнозирования теплопроизводительности гелио установок, себестоимости производимой ими тепловой энергии, сроков окупаемости и т.д.

Для любой широты изменение характеристик орбитального движения Земли не сказывается на годовых суммах инсоляции. Но под их воздействием солнечная энергия может перераспределяться по широтам и сезонам и, следовательно, оказывает влияние на формирование климата.

Как следует из выше приведенного на приход солнечной радиации на подстилающую поверхность оказывает влияние очень много факторов, которые учесть очень сложно.

Солнечная активность, влияние которой на приземный климат все еще остается дискуссионным. Хотя многие ученые являются энтузиастами влияния этого фактора и приписывают ему происхождение почти всех колебаний современного климата и колебаний климата геологического прошлого. Влияние же этого фактора на процессы самых верхних слоев атмосферы и на колебания магнитного поля Земли сомнений не вызывает.

Солнечная активность может вызывать как отдельные возмущения в околоземном пространстве, так и образовывать многолетний фон. Наиболее известен 11-летний цикл солнечных пятен. В этом цикле свыше 90 % дисперсии характеризует регулярные колебания, остальные относятся к флюктуациям. Хотя этот процесс близок к периодическому, продолжительность отдельных циклов меняется от 8 до 15 лет /2/.

В какой-то степени связь солнечной активности с поступлением солнечной радиации на поверхность Земли можно подтвердить многолетними наблюдениями за пределами колебаний средних месячных значений альбедо (%) и внутриширотним распределение max и min месячных сумм суммарной радиации при средних условиях облачности, которые приведены в табл. 1 и 2.

Таблица 1 Пределы колебаний средних месячных значений альбедо (%)

Широтная зона, градус	Январь	Апрель	Июль	Октябрь	Год
49^0-51^0 Астана	60-77%	18-38%	19-25%	20-28%	23-30
54^0-56^0	67-82%	19-71%	16-23%	21-37%	25-40%

Таблица 2 Внутриширотное распределение max и min месячных сумм суммарной радиации при средних условиях облачности

Широта, зона, градус	Январь		Апрель		Июль		Октябрь
	max	min	max	min	max	min	max	min
49^0-51^0 Астана	4,87 150,84	2,84 88	20,67 620,1	14,11 423,2	25,27 783,5	15,68 468	15,14 469,3	5,95 184,4
52^0-53^0	4,12 127,8	2,77 85,9	20,81 624,3	14,11 423,2	24,37 755,5	16,49 511,2	11,15 345,7	5,27 163,4
54^0-56^0	3,38 104,75	2,7 83,8	20,95 628,5	14,11 423,2	24,19 750	17,3 536,3	7,16 222,1	4,6 142,5

Рис 1.

Рис. 2.

Литература:

1. Дж. Твайделл, А. Уэйр. Возобновляемые источники энергии.- М.: Энергоатомиздат,1990. – 392 с.

2. Дроздов О.А., Васильев В.А., Кобышева Н.В. и др. Климатология.- Л.: Гидрометеоиздат, 1989. – 568 с.