Барлық энергия көздерін 2 классқа жіктеуге болады:
1. Жаңғыртылатын энергия көздері – бұл үнемі болатын және периодты пайда болатын қоршаған ортадағы энергия ағыны. Қарапайым осыған мысал — 24сағат қайталанып отыратын күннің сәулеленуі, Жер тұрғындары үшін. Жаңғыртылатын энергия көздері қоршаған ортада энергия түрінде болады, яғни адамдардың белгілі бір іс әрекеті үшін емес, бұл оның ең басты айырмашылығы.
2. Жаңғыртылмайтын энергия көздері – табиғаттың материалдары мен заттарының қоры, олар адамның пайдалануы арқылы энергия көздеріне айналады. Мысал ушін ядролық отын, көмір, мұнай,газды жатқызамыз. Жаңғыртылмайтын энергия көзінің жаңғыртылатын энергия көзінен айырмашылығы ол адамнын қатысынсыз бір күйде жатады, адам оны өзінің керек мақсаты ушін алғанда ғана өзгеріске ұшырайды. “Жаңғыртылмайтын” деген қиындау термин орнына “тозатын” терминін қолдану жиі кездеседі.
Дәстүрлі емес энергияның құны дәстүрлі энергия көзі құнынан әлдеқайда жоғары.
Бұл жаңғыртылатын қуаттың биiк емес тығыздығы, биiк материал сыйымдылығымен және тиiстi жабдықты шығарудың шағын ауқымдарымен түсiндіріледi.
Бірақ оның басымдылығы ең бірінші мынады, отынсыз энергияны пайдалану климаттың өзгеруін азайтыды, бұл қазіргі уақыттаәлемдік температураның көтерілуіне әкелетін парникті газдармен байланысты.(кесте1)
Қазақстанның климат шарттарына байланысты теңіз толқындары мен көлдердегі энергияның градиенті рөл ойнамайды сондықтан оны мүлдем қарастырмайды.
Энергия көздерінің сапасы
Энергия көздерінің сапасы жөнінде көптеген әңгімелер айтылады, бірақ не екенін ашып айтпайды. Энергия көзі дегенде оның механикалық жұмысқа ауысуын қарастырамыз. Мысалы электроэнергия жоғары сападан тұрады себебі, 95%- ын механикалық жұмысқа айналдыруға болады. Жылу энергиясының сапасы отынды жағу кезінде айтарлықтай төмен, 30% -ы соңында механикалық жұмысқа айналады. Осыдан жаңғыртылатын энергия көздерін 3 топқа жіктеуге болады:
1) Механикалық энергия көздері , мысалы, гидро- жел энергия көздері, толқынды және ағынды. Жалпы бұл энергия көздерінің сапасы жоғары және энергияны өндіру үшін қажет. Жел энергиясының сапасы 30%, су энергиясының сапасы -60%, толқынды және ағындының сапасы- 75% болады.
2) Жылу энергия көздерінің жаңғыртылатын түрлеріне күн энергиясымен био отынды жатқызамыз. Бұндай отындардың максималды механикалық жұмысқа айналуын термодинамиканың екінші заңымен қарастырамыз. Практикада шамамен жұмысқа жарты жылуды болады, бұл екінші заң бойынша. Қазіргі заманғы бу турбиналары үшін бұл көрсеткіш 35%-дан артық көрсетпейді.
3) Фотонды процесстермен энергия көздері, оларға фотосинтез бен фото электрлік құбылыстарды жатқызамыз. Мысалы фотоэлектрлік түрлендіргіш арқылы күн сәулесін жоғары эффктивтілікпен механикалық жұмысқа ауыстыра аламыз. Қазақстанның оңтүстік оөңірінде үш өзеннің қиылысу нүктесі бар: Сырдария, Талас және Шу. Бұл аймақтағы энерго ресурстардың қосындысы 23,2 млрд.кВтсағ шамада, олардың ішінде Сырдарияға 43%, немесе 10 млрд.кВтсағат сәйкес келеді.
Бірақ Оңтүстік Қазақстандағы барлық су ағындарының энергетикаға қатысы шамалы, себебі барлық дерлік су сумен қамтуға жіберіліп отыр. Комплекті планда болса тек қана ұсақ ГЭС-ға мүмкіндік бар, олар су ағынымен жұмыс істейді.
Ал бұл үшін теоретикалық база мен есептеу әдістерінің типін білу қажет.
1.1. НВИЭ эффективті қолдану шарттары
Жаңғыртылатын энергияда жұмыс істейтінін анықтаған жағдайда үш негізгі сұраққа жауап беру керек:
1) Потенциалды жаңғыртылатын энергия көздерінің энергоресурстары неге тең?
2) Өндіретін энергияны қолданудың мақсаты қандай?
3) Басқа энергия көздеріне қарағанда өндірілетін энергияның құны қанша?
Жаңғыртылатын энергия ресурстарын өндірген жағдайда соңғы сұрақтың маңызды екенін ескерген жөн. Жаңғыртылатын энегрияның экономикалық ақталуы және қолданысқа келуі 2 шартты орындағанда ғана мүмкін болады:
1. Бұндай энергия көздерінің нақты принципиальды артықшылығын түсіну.
2. Энергия көзінің максималды артықшылығы болуы, яғни ең аз шығын , ең жоғары экономикалық және әлеуметтік көрсеткіш.
Осы екі шарт орындалғаннан кейін экономикалық бағалау мен нақты пайдаланудағы салыстырмалы жүйені жүргізі керек.
Бірінші шарт орындалмаған жағдайда, ереже бойынша техникалық есептеудің жетіспеушілігіне әкеледі, және тексеріс бойынша төменгі экономикалық көрсеткіштерге жетелейді.
Қазіргідей өндірістің дамыған кезеңінде жаңғыртылатын энергияның қажеттілігі өте жоғары, себебі отынның жетіспеушілігі немесе азаюы осыған себеп. Атомды энергетикаға қатысынсыз, барлық елдерде энергетиканы жандандыру шаралары өтеді, ол екі пунктен тұрады:
1. Жаңғыртылатын энергияны дамыту;
2. Пайдаланылатын энергияны жүйелі түрде қолдану және де шығынды азайту.
1.2 Жалпы түсініктер мен анықтамалар
Барлық энергия көздерін 2классқа жіктеуге болады:
1. Жаңғыртылатын энергия көздері – бұл үнемі болатын және периодты пайда болатын қоршаған ортадағы энергия ағыны. Қарапайым осыған мысал — 24сағат қайталанып отыратын күннің сәулеленуі, Жер тұрғындары үшін. Жаңғыртылатын энергия көздері қоршаған ортада энергия түрінде болады, яғни адамдардың белгілі бір іс әрекеті үшін емес, бұл оның ең басты айырмашылығы.
2. Жаңғыртылмайтын энергия көздері – табиғаттың материалдары мен заттарының қоры, олар адамның пайдалануы арқылы энергия көздеріне айналады. Мысал ушін ядролық отын, көмір, мұнай,газды жатқызамыз. Жаңғыртылмайтын энергия көзінің жаңғыртылатын энергия көзінен айырмашылығы ол адамнын қатысынсыз бір күйде жатады, адам оны өзінің керек мақсаты ушін алғанда ғана өзгеріске ұшырайды. “Жаңғыртылмайтын” деген қиындау термин орнына “тозатын” терминін қолдану жиі кездеседі.
Берілген анықтамалардың мәнін келесі сұлбалардан түсініп білуге болады сурет 1.1.
Сурет 1.1. Жаңғыртылатын және жаңғыртылмайтын энергия процесстерінің қолдану схемасы:
А, Б, В- жаңғыртылатын энергияның қолданбайтын ағыны;
Г, Д, Е- қолданылатын энергия ағыны;
1.1. Кестеде жаңғыртылатын энергия құрылғылары мен дәстүрлі энергия құрылғыларының сипаттамалары салыстырмалы турде көрсетілген.
5 негізгі энергия көздері бар:
1) күн сәулесі;
2) Күн, Ай, Жердің қозғаласы мен тартылысы;
3) Жер ядросының жылу энергиясы, сонымен қатар радиоактивті недрдағы химиялық реакциялар;
4) ядролы реакциялар;
5) әр түрлі заттардың химиялық реакциясы.
Кесте1.1
Характеристики энергосистем на возобновляемых и истощаемых источниках энергии
Энерго жүйенің характеристикасы ВИЭ-да Жаңғыртылмайтын энергия көздерінде
1. энергия көздеріне мысалдар Жел , күн, тасқындар Көмір, мұнай, газ
2. Орналасуы Қоршаған табиғи орта Тұрақтанған орта
3.Кадімгі пішіні Энергия ағыны Потенциалды байланысқан энергия
4.Бастапқы тығыздылық Төменгі тығыздық, тығыздығы 300 Вт/ м2 және одан аз Жоғары тығыздық 100 кВт/ м2 және одан жоғары
5.Таусылу уақыты Шексіз Шектелген
6.пайдаланатын энергия құны Акысыз Тоқтамсыз артып отырады (0,01 көп долл. 1 кВт- үшін
7.Құрылғы құны Жоғары, шамамен 2000 долл. 1 кВт үшін белгіленген қуатта Орташа шамамен 500 долл. 1 кВт үшін
8.Қалыптылық және басқарушылық Шығыс қуатта төмен тұрақтылық, басқарудың ең үздік түрі-жүктемемен тікелей басқару Тұрақтылық жоғары, басқарудың үздік түрі –кері бағытта.
9.Пайдалану шеттегіші Ортаның шарттарына және сұранысқа Шектеусіз
10.Өлшемдері Кейбіреуі экономды, үлкенде қиындық туындайды Әдетте үлкен жүйелер сұраныста
11.Энергия көздерін пайдаланудың ғылыми әдісі Ғылым білімге үлкен диапазон бар, соның ішінде биологиялық және ауыл шаруашылық ғылым Жіңішке диапазон, жалпы электротехника мен механика.
12.Қолдану аймағы Ауыл шарушылық өндіріс Өнеркәсіп
13.Пайдалану қауіпсіздігі Жұмыс уақытында қауіпті, сөндірулі кезде қауіпсіз. Қорғаныстың арнайы әдістерінсіз қауіп жоғары, оның ішінде бос жүрісте
14.Автономдық Өздері энергия көзімен қамтамасыздандырылған Отынның шамасына қарай
15.Қоршаған ортаға әсері Әдетте үлкен емес Қоршаған орта ластанады, соның ішінде ауа мен су
Қоршаған бізді орта тоқтамсыз әр түрлі энергия ағындарымен толы. 1.2. суретте бұл жағдайды түсіндіретін сұлба бейнеленген.
Сурет 1.2. ВИЭ және оның қолданылуы (сандар қуат көзін көрсетеді)
Энергия көздерін пайдалану немесе орнату сол жердің шарттарына байланысты болады. Яғни жаңғыртылатын энергия көздері ең бастысы орнатылатын жердің табиғи жағдайына қарап орнатылу қажет.
1.3. ВИЭ қолданудың ғылыми принциптері. Жаңғыртылатын энергия көздерінің анализі. Жаңғыртылатын энергия көздерінің уақыт сипаттамасы.
Жоғарыда көрсетілген жаңғыртылатын энергия көздері мен дәстүрлі энергия көздерінің айырмашылығын көріп, оларды пайдаланғанда тиімдісін таңдау, егерде жаңғыртылатын энергия көзі болса оған көптеген есептулер жүргізу.
Бізді қоршаған ортада әрқашан жаңарып отыратын энергияның болатынын және жаңаратын энергия көздерінің энергетикасы жаңа энергоресурстарды ойлап табуға емес, керісінше тек қана шынайы, бұрыннан бар энергоресурстарға негізелетінін есте сақтаған жөн. Жаңаратын энергия көздерінің энергетикасын дамытпас бұрын, оның қуатын анықтаған жөн. Ол ұдайы және тұрақты бақылауларды және осы көздердің сипатының анализін талап етеді. Алдымен жаңаратын энергияның түрі ресурсын бағалау керек, ал одан кейін энергоқондырғыларда пайдаланылатын бөлігін бағалайды. Энергияға қажеттілік уақытқа тұрақты емес. Мысалы, электроэнергияға қажеттілік таңғы және кешкі уақытта максимал, ал түнгі уақытта минимал болады. Дәстүрлі жылу электростанциялары отынға шығымды реттеп, энергияға деген сұраныс тербелісіне сай жасайды. Жаңаратын энергия көзін қолдану кезінде энергияға деген сұраныс қана емес, косы көздердің қуаты да жоғарылайды, сондықтан осы энегрия көздерінде жұмыс жасайтын электроқондырғылар осы екі факторлады да ескеруі керек.
1.2 кестеде жаңаратын энергия көздерінің қуатын анықтайтын негізгі параметрлері мен оның флуктуациясының сипаттық периоды көрсетілген, олар жергілікті жердің ерекшелігімен байланысты. Энергия көздері бұл кестеде олардың қуатының тербелісінің өсу реті бойынша орналасқан: шеткі реттелмейтіннен (жел) қатаң реттелетінге дейін (ағындар). Күн энергиясының реттелуі географиялық орналасуына өте тәуелді.
1.4. Энергия көзінің сапасы.
Энергия көзінің сапасы жайлы жиі айтады, бірақ, оның қандай екенін ешкім анықтап айтпайды. Біз энергия көзінің сапасы деп механикалық жұмысқа айналуы мүмкін энергия көзінің бөлігі деп түсінеміз. Мысалы, электроэнергия жоғары сапаға ие, себебі электродвигатель көмегімен 95% энергияны механикалық жұмысқа айналдыруға болады. Дәстүрлі ТЭЦ-та жағылатын отын жанған соң бөлінетін жылу энергиясының сапасы өте төмен, себебі, отынның жылубөлгіш қасиетінің 30%-ы механикалық жұмысқа айналады. Осы белгісіне сай жаңаратын энергия көздерін үш топқа бөлуге болады.
1. Механикалық энергия көздері, мысалы, гидро- және желкөздері, толқындық және ағындық. Жалпы бұл энергия көздерінің сапасы жоғары және олар электроэнергия өндірісінде қолданылады. жел энергиясының сапасы — 30%, гидроэнергия — 60%, толқындық және ағындық — 75%.
2. Жылулық жаңаратын энергия көздеріне, мысалы, биотопливо және Күннің жылу энергиясы жатады. Мұндай энергияның механикалық жұмысқа айналатын бөлігін термодинамиканың екінші заңымен анықталады. Практика жүзінде екінші заңмен рұқсатталған энергияның тек жартысын механикалық жұмысқа айналдыруға болады.қазіргі бу қозғалтқыштарынга оның мөлшері 35%-дан аспайды.
3. Фотонды процесстер негізіндегі энергия көздеріне фотосинтез және фотоэлектрикалық құбылыстарды пайдаланатын энергия көздері жатады. Мысалы, фотоэлектрикалық түрлендірушілер көмегімен күн сәулелерін белгілі бір жиілікте жоғары нәтижелікпен механикалық жұмысқа айналдыруға болады. Күн сәулесінің барлық спектрінде энергияны түрлендіруде жоғары нәтижелікке жету өте қиын, сондықтан практикада фототүрлендірушілер КПД-сы 15%-ға тең болғаны жақсы деп есептеледі.
Практика көрсеткендей жаңаратын энергоресурстарды пайдалану ауылдық аймақтарды экономикалық дамуын тездетеді және бұл энергетика қалалық жерге қарағанда, ауылдық жерге сай келеді.