Дәстүрлі емес, сарқылмайтын энергия көздері – жел, күн, биогаз энергияларын интернатымыздың «Болашақ» жазғы лагеріне пайдалану.

975

Дәстүрлі емес, сарқылмайтын энергия көздері – жел, күн, биогаз энергияларын интернатымыздың  «Болашақ» жазғы лагеріне  пайдалану. 

Мазмұны

 

      

 

Абстракт:

Кz  ………………………………………………………………………          3

En ………………………………………………………………………..          4

Кіріспе …………………………………………………………………………..          5,6

Зерттеу бөлімі :

  1. Жел энергиясы …………………………………………………………… 7

1.1.1. Ауа тығыздығы  ……………………………………………………..         7

1.1.2.  Ротор ауданы   ……………………………………………………….         8

1.1.3.Жел жылдамдығы …………………………………………………..          8

1.1.4.Жер пішінінің кедір-бұдырлығы ……………………………..          9

1.2.1. Желэнергетикасынын  пайдланудың даму тарихы…..          9

1.2.2. Қазіргі кездегі жел энергиясын  пайдаланудың дамуы..      10

1.3. Желқондырғысының электр энергиясын өндіру

технологиясы ……………………………………………………………..         10 1.1.4.Желқондырғылардың  негізгі бөліктері……………………          11-13

1.5.Желэнергетикасының  экологияға  әсері……………………..         13

1.6.Жел энергиясын қалай пайдалану туралы кейбір

ұсыныстар…………………………………………………………………..          13,14

  1. Күн- энергияның аса қуатты көзі …………………………… 15,16

2.1. Жылулық-сәулелік қондырғылар ……………………………..           16

2.1.2. Коллектор ……………………………………………………………..           16,17

2.2. Концентраторлар………………………………………………………           17,18

2.3. Күн батареялары (фотоэлементтер)……………………………           18,19

  1. Жалпы биогаз жайлы мәліметтер ……………………………. 20,21

3.1. Биогаздың құрылымы мен жұмыс істеу принципі……….          21

3.1.1. БГҚ-1-дің  жүктеулері……………………………………………..          21,22

3.2. Құрылғының конструкциясы……………………………………..           22,23

3.3. БГҚ-1-дің  Қазақстанда орналастыруы………………………..          23

3.4. Биогаздың энергиясы………………………………………………….          23,24

Қорытынды ……………………………………………………………………..          25

Пайдаланылған әдебиеттер ……………………………………………….         26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Абстракт

Халық санының жедел өсуі мен ғылыми – техникалық прогресстің

қарқынды дамуы, айнала қоршаған ортаға экологиялық проблемалар тудырумен қатар, энергетикалық ресурстардың таусылу тапшылығына әкеліп соқты. Адамдардың материалдық деңгейі, тіпті рухани мәдениетінің өзі энергия шамасына тікелей тәуелді болды. Ел болашағының ертеңі – білімді физологиялық жағынан қуатты, жұмысқа қабілетті, өмір сүруге бейім ұрпақ   тәрбиелеу. Мектебіміз санаторлық болғандықтан, балалардың денсаулығына көп көңіл бөлінеді. Мектебімізде Балқаш көлінің жағасында орналасқан Чубар-Түбек поселкесіндегі «Болашақ» жазғы лагеріміздің сарқылмайтын энергия көздерін орнату және көгалдандыру мәселесі жөніндегі «Агро-энергокомплекс» ғылыми жобасы құрылған. Сол  ғылыми  «агрокомплекс» жобаға қатысты, менің мақсатым қуатты үнемдейтін экологиялық таза энергия көзі – жел, күн, биогаз энергиясын пайдалануды ұсыну.

Жел энергиясының қоры бүкіл планета өзендер  гидорэнергиясынан

100 есе асып түседі. Жел энергетикасын дайындауда Балқаштың климаттық жағдайы қолайлы болып табылады. Балқаш өніріңде Сарыарқаның аңызық желі үздіксіз соғып тұрады. Осы себепті көлде үнемі күшті толқын болады. Барлық жел двигателінің жұмыс істеу принципі біреу–ақ, онда желдің әсерінен қозғалатын жел доңғалағының  қалақшаларының қозғалысы электр энергиясын өндіретін генераторының айналып тұратын бөлігіне беріледі.

Күн энергиясын электр энергиясына айналдыратын қондырғыны фотоэлектрлік немесе фотовольталық, ал күн энергиясын жылулық энергияға айналдыратын аспапты – термиялық деп атайды. Бұл аспаптарды гелиожүйе-лер деп атайды. Экономикалық құндылығын бағаласақ, күн қондырғылары эксплуатациялық шығынға ұшыратпайды, оны жөндеу және қалпына келтіру үшін қор жұмсалмайды, ұзақ мерзімде жұмыс істей береді.

Биогаз – бұл тамаша қалпына  келетін ресурс  және мұны кез келген органикалық қалдықтан ( тамақ қалдығы,  мал  қалдығы, тұрмыстық қалдық, ағын суларының тұнбасынан және т.б. сол сияқты ) алуға болады. Тек бір ғана ауылшаруашылық өнімдерінің қалдықтарынан пайда болған  биогаздың потенциалдық қоры жылына  1-1,3 млрд. тонна жанғыш  шикізат береді екен, ал бұл дегеніміз пайдаланылатын  дүниежүзілік энергия ресурстарының оннан бір  бөлігі.

Егер әсем  Балқаш  көлінің  жағасындағы  интернатымның  «Болашақ»

лагеріне  жел, гелиожүйелер, биогаз  қондырғыларын  орналастыратын болсақ, электр шығының үнемдер едік. Ай сайын 8000 кВт – сағ. энергия жұмсайтын болсақ, ол 47700 теңге ақшаны құрайды. Жел двигателінің энергия қоры үздіксіз соғып тұратын Сарыарқаның аңызық желі.  Қалақшаларының диаметрі 15 метрлік жел двигателі  400 кВт. энергия өндіреді. Қуаты 2-3 кВт-тан тұратын кремний фототүрлендіргіш гелий қондырғыны үйдің төбесіне құрастырып орнықтырады, ол 20-30 м ² ауданды қамтиды, ал жылына 2000 кВт-сағат энергия береді. Биогаз алу технологиясы  станцияларда аэрацияны  қолданудан еш айырмашылығы жоқ, осындай процесс нәтижесінде біз 500 ккал/мжылу беруге қабілетті газ аламыз.

Abstract.

 

The Longing to perfect need humanity, by means of management natural resource and developments new type to industry causes the greater ecological problems surrounding ambiences.

Material level and even spiritual culture of the people hang from power of the energy. The Purpose given scientific project — and use to wind energy, as the source to energy, satisfying energy need.

The Purpose given scientific project — and use to wind energy, as the source to energy, satisfying energy need. Let us stop on some questions of technologies of the reception and use to wind energy.  In modern world using to Wind energy is realized by means of address it in electric and heat energy.

The energy of moving air masses is enormous. The Spares to energy winds more then in one hundred once exceed the spares to waterpowers of all rivers of the planet. Constantly and all over on the land blow the winds — from light wind, carrying wanted cool in year ardent heat, before powerful hurricane, bring incalculable damage and destructions. Always air oceans are not calm, on day, which we live. The Winds, blowing on elbowroom of our country, could easy satisfy all its need for electric powers! Why so ample available and ecological clean source to energy so is weakly used? At our days of the engines, using wind, cover whole one thousandth world needs for energy.

The installation that turns the solar energy into electric power named photoelectric or photovoltaic. In addition, device turning solar energy to heat energy name thermal. These devices name the helium installations. Economic value of these installations, in that they do not bring about expenses of the working expenses and work at length of long time, repair and removal troubles do not require the expenses of the additional facilities.

In list such auxiliary sources to energy last time all more often and more often name biogas. This is a gaseous fuel possible to get, in principle, from any organic departure – from manure, setting of the sewages, rubbish, — in short from that, what we must dispose at any price. For decision of the problem, in accordance with improvement of technologies of the reception and using biogas I’d like to note energetic estimations of biogas. In some of them, its potential spares concentrated only on departure of the world agricultural production, form 1-1.3 billions ton conditional fuel per annum it’s the tenth part of the world consumption power resource.

If we have installed such wind engine on territory of our camp ashore Lake Balkhash, that we have spared the expenses on energy. If we spend monthly energy on 8000 кВт-hour, that this will form 45700 tenge. To account that, the source to energy is a continuous wind Sary-Arka; we have been able to spare the expenses on energy. The expenses to energy form 137100 tenge for three months.

 

 

 

 

 

Кіріспе

Бүгінгі күнде адамдардың тұрмыс тіршілігі табиаттағы басқару арқылы, жақсартуға ұмтылу және жаңа өндірістерді дамытудың салдары айнала қоршаған ортаға экологиялық проблемалар тудыруда. Адам баласына кейінгі кезде энергия жетпейді. Газет, журнал беттерінде энергетикалық кризис жайлы мақалаларды жиі кездестіреміз. Мұнай үшін кейбір мемлекеттер бір-бірімен жауласып жатса, ал кейбіреулері экологиялық дағдарысқа, құлдырауға ұшырайды екен.

1930 жылы бүкіл әлемде 300 млрд кВт-сағат энергия өндірілсе, ал қазір

60 000 млрд кВт-сағат энергия  өндірілуде.  Бұл өте үлкен көрсеткіш! Адамның энергетикалық сұранысы күннен-күнге өсуде.

Бүгін біздің пайдаланып отырған энергия көздері-жер асты пайда қазба

қорлары-мұнай, көмір, табиғи газ барлық энергоқорлардың 90% құрайды. Американдық зерттеушілердің айтуынша жер бетіндегі мұнай 2025 жылға дейін жетеді. Қашан болса да, ол бітеді және әрі қарай не болады?

Пайдалы қазба қорларының таусылу қарсаңында, олардың бағасы да

қарқындап өсуде. Жыл сайын атмосфераға түрлі жанғыш заттардың жануы нәтижесінде 23  млрд тоннаға жуық көмірқышқыл газы бөлініп, сондай мөлшерде оттек сіңіріледі. Атмосферадағы көмірқышқыл газының мөлшері 13%-ке өсті, соның салдарынан атмосфера температурасы бірнеше градусқа мөлшерден тыс жоғарылап, мұздықтар еріп, соның салдарынан Дүниежүзінің мұхиттық деңгейі көтеріліп, табиғатта түрлі апаттар болып жатыр. 1980 мен 2004 жылдардың аралығында жер бетінде 14500 табиғат апаттары тіркеліпті, осы апаттардан миллиондаған адамдар  қаза болды. Дереу проблеманы шешетін  амал табу керек. Бүкіл әлем ғалымдары  мен инженерлері ізденістің арқасында баламалы энергия көзін табуды мақсат етіп қойды.  Ол сарқылмайтын қалпына келтіретін энергия көздері деп аталады. Оған жел, күн энергиясы, геотермиялық энергия, биомасса, су ағынының энергиясы, мұхиттардағы тасу мен қайту кезіндегі судық көтерілуінен болатын энергиясы жатады. Қалпына келтіретін дәстүрлі емес энергия көздерінің ерекшелігі қор көздері ешуақытта сарқылмайды және экологиялық таза. Бұларды пайдалану табиғат байланыстарын бұзбайды.

Ал менің ұсынысып отырған ғылыми жобамның мақсаты- туындаған

проблеманы шешудегі энергетикалық сұранысты қанағаттандыра алатын энергия көзі – жел, күн, биогаз энергияларын пайдалану.

XX ғасырдың басында Н.Е.Жуковский жел двигателі теориясының негізін қалады, осы теорияны негіздей отырып әлсіз желдің ырғағынан жұмыс істелетін жоғары өнімді жетілдірілген желагрегаттардың конструкциялары жасалынды, Желдоңғалағының диематрі үлкен болған сайын соққан желдің үлкен ағысын қамтиды және агрегат неғұрлым үлкен энергия өндіреді. Жел жылдамдығы 5м/с соққанда оның қалақшаларының жылдамдығы 14-16м/с дейін жетеді. Ал оның диаметрін үлкейте отырып 2000 кВт-қа шейін энергия алуға болады. Мысалы 40 метрлік жел двигателі 2000 кВт энергия өндіреді.

 

Қазақстанның климаттық жағдайы күн энергиясын пайдалануда қолайлы болып табылады. Жыл сайын күннің түсу ұзақтығы 2200-3000 сағат болса, күн энергиясының көлденең жазықтыққа түсірген қуаты 1280-1869 кВт сағ/м² екен. Ал шілде айында 1м² келетін көлденең жазықтыққа түсіретін энергия бір күнде 6,4 тен 7,5 кВт-қа өседі. Ал энергетикалық есептеулерге жүгінсек, Күннің Жерге беретін энергиясы, барлық қор көздері беретін энергиядан 5000 есе асып түседі екен. Күн энергетикасының келешегі зор, экологиялық таза, қоры ешуақытта сарқылмайды, әрі арзан, тиімді. Күн батареялары қатты зат кремний материалынан жасалынады, бұл жер қойнауындағы оттегінен кейін екінші орындағы ең көп таралған элементтердің бірі болып табылады.

Фотоэлектрлік станциядағы 30 жылғы 1кг кремний өндіретін энергия, жылу электр станциясындағы 75 тонна мұнай жұмсап өндіретін энергиямен пара-пар. Сондықтан кремнийді 21 ғасырдың мұнайы деп атаса да болады. Күн батареяларының отыны тегін күн сәулесі болып табылады. Ал  ерекшелік-

терін атасақ, бұл қолданылу мерзімінің ұзақтылығы (30 жыл және одан да көп), олар жөндеуді қажет етпейді, себебі оның механикалық детальдері қозғалмайды, экологиялық таза, жұмыс істеу барысында шуы да естілмейді.

Биогаз өміріміздегі көптеген  проблемаларды шеше алады: экология-

лық, энергетикалық, агрохимиялық. Мысалы далаға кететін қалдықтың  қоршаған ортаға  жағымсыз әсері зор-ақ. Ал биогазды алудың экономикалық бағаланулары бүгінгі күні ақталуда. Биогазды жарықтандыруға, үй жылытуға, тамақ пісіру, транспорт, электрогенератордың  роторларын  қозғалту мақсатында қолданады. Ғалымдардың есептеуінше 1 м2 аумақты жылыту үшін жылына 45 м3 биогаз қажет, ал су жылыту үшін күніне 5-6 м3 биогаз керек. Бір тонна шөптен қырық пайыздық ылғалдықта 100 м3 биогаз  алынады. Ал 1 тонна бидайдан  осы ылғалдықта 15 м3 биогаз алуға болады.  Көмірсутегі қорларының таусылу кезеңінде бұл күн, жел, биогаз энергиялары–  құндылығы ерекше бізге табиғаттың берген сыйы десе де болады.

Жыл сайын жазғы демалыс кезінде біз мектебіміздің коллективтері ұйымдастырған, Алматыдағы Аль-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық Университетінің биофизика экология орталығының мамандары өткізетін семинарға қатысамыз. Онда лекция тыңдап, практикалық жұмыстармен айналысамыз, осы экология орталығының мамандарының тәжірибелері  мен зерттеулерін ұстана отырып, біз жел двигателінің, гелиоқондырғының, биогаз қондырғыларының кейбір конструкцияларын өз қолымызбен жасадық. Қуатты үнемдеу және экологиялық туындаған проблемаларды шешу мақсатында, мен Балқаш көлінің жағасына желагрегатының, гелиожүйелердің, биогаз қондырғыларының  комплексін салуды мақсат етіп қойдым.

 

 

 

 

 

 

 

  1. Жел энергиясы

 

Жел энергиясы негізінен Күн энергиясының Жер бетін бірқалыпты қыздырмауынан туындайды. Сағат сайын Жер Күннен 1014  кВт сағ энергия алады. Күн энергиясының  1-2 % -і жел энергиясына түрленеді. Бұл көрсеткіш жер бетіндегі барлық өсімдіктердің биоқалдыққа айналғанда бөлініп шығатын энергиясынан 50-100 есе асып түседі.

Бірнеше мыңдаған жылдар бойы адамдар желді – энергия көзі ретінде пайдаланған. Жел энергиясын пайдаланып желкен көмегімен жүзген. Жер суландыру кезінде, жел диірмені ретінде дәнді-дақыл өнімдерін ұнтақтау үшін қолданған. Жел энергиясының қоры бүкіл планета өзендерінің гидроэнергиясынан 100 есе асып түседі. Ылғи да және барлық жерде жел соғып тұрады. Жаздың қоңыр салқын самал желін, апат, зардап шығын әкелетін керемет дауылдарды атап өтуге болады.

Қалпына келтіретін дәстүрлі емес жел энергиясының келешегі зор, экологиялық таза, қоры ешуақытта сарқылмайды, әрі арзан, тиімді. Бұларды пайдалану  табиғат баланстарын  бұзбайды. Жел энергиясын қолдану таулы аймақтардың жоғары бөктерінде толқынды теңіз жағалауларында ыңғайлы екені бәрімізге танымал. Жел энергетикасын дамытуға  қолайлы аймақтар өте көптеп табылады. Жел күші жер бетінің ойлы-қырлы болуына тікелей байланысты. Мысалы, таулы аймақтың екі бөлігін қарастырайық, Күн көзінің екі бөлікке  түскен энергиясы  бірдей болғанымен, жердің кедір-бұдыры әр қилы болғандықтан, жел күшінің ықпалы, бағыты да әр түрлі болады. Жел күшінің ықпалы жыл мезгілінің ауысуына, ауа райының өзгеруіне байланысты   өзгеріп отырады. Жел күшінен өндірілетін энергия мөлшері желдің тығыздығына,  жел турбинасының қалақшаларының ауданына, жел жылдамдығының кубына  тәуелді болады. Ендеше, осыларға жеке-жеке тоқталайық.

 

1.1.1. Ауа тығыздығы.

 

Желқондырғылардың қалақшалары ауа массасының қозғалысының әрекетінен айналады. Ауа қабатының массасы үлкен болса, соғұрлым жел двигателінің қалақшалары жылдам қозғалып, электр энергиясын көп өндіреді. Физика курсынан мынаны білеміз, қозғалатын дененің кинетикалық энергиясы оның массасына тура пропорционал, ендеше жел энергиясы ауа қабатының тығыздығына тура пропорционал. Тығыздық бірлік көлемге келетін молекулалар санына тәуелді. Қалыпты атмосфералық қысымды температура 150С болған кезде, ауаның тығыздығы 1,225 кг/м3. Ылғалдылық өскен сайын ауаның тығыздығы азаяды. Қыс мезгілінде тығыздық жоғары  болғандықтан, желдің бірдей жылдамдығына қарамастан, жазбен салыстырғанда жел генераторы  көп энергия береді.

 

                                       

                                    1.1.2. Ротор ауданы.

 

Желтурбинасының қозғалатын бөлігін ротор деп атаймыз. Ротор жел ағының энергиясын көп қамтыса, соғұрлым көп электр энергиясын өндіреді. Ротордың ауданы ротордың диаметрінің ауданының квадратына тура пропорционал, жел- қондырғысының өлшемдерін екі есе арттырып, төрт есе энергия өндіріп алуға болады. Желқондырғысының өлшемдерін өзгерте отырып, энергияны қалағанымызша өндіреміз деп айтуға жеңіл, практикада басқаша. Айналдыру барысындағы қамтитын қалақшаларының ауданын біртіндеп үлкейту арқылы, біз істейтін жүйеге артық күш, салмақ түсіреміз. Осындай асқын салмақты көтеру үшін жүйенің кейбір механикалық құрамдас бөліктеріне зақым келмеуін ескеру өте маңызды.

 

1.1.3.  Жел жылдамдығы.

 

Жел жылдамдығы – желқондырғысының энергия өндіруіне әсер ететін маңызды өлшемі болып табылады. Желдің үлкен жылдамдығы ауа массасының ағынының көлемін үлкейтеді. Жел энергиясы жел жылдамдығының кубына тура пропорционал өзгереді. Ендеше, ротордың кинетикалық энергиясы жел жылдамдығын екі есе үлкейткенде 8 есе артады. Мына төмендегі кестеде жел жылдамдығының жел энергиясына тәуелділігі көрсетілген. (құрғақ  ауаның тығыздығы – 1.225 кг/м³, атмосфералық қысымның шамасы 760 мм.сын. бағанасы кезіндегі қалыпты жағдай).

 

           м/с           Вт/м²
              1              1
              3              17
              5              77
              9              477
             11              815
             15              2067
             18              3572
             21              5672
             23              7452

 

 

Энергия мөлшері мына формуламен есептеледі:

 

Еĸ=ρυ³/2

 

υ-желдің жылдамдығы ,

ρ-ауаның тығыздығы

 

Энергияның өлшем бірлігі ретінде (В/м²) алып отырмыз. Табиғи жағдайларға байланысты, желдің жылдамдығы да өзгеріп отырады. Желқондырғылардың конструкциялары жел жылдамдығының 3-30 м/с диапазон аралықтарында жұмыс істейтіндей етіп жабдықталған. Үлкен дауылдар желқондырғасын бүлдірмеу мақсатында, үлкен желқондырғысын тежеуіш механизммен жабдықтайды. Кішкентай желқондырғысы жел жылдамдығы  3 м/с  кем болған жағдайда жұмыс істей береді.

 

1.1.4. Жер пішінінің кедір-бұдырлығы.

 

Жердің кедір–бұдыр құрылымы мен ондағы өсімдіктер жел жылдамдығының төмендеуіне ықпалын тигізеді. 1 км. жоғары қабатта кедір – бұдыр желдің жылдамдығына әсерін де тигізбейді. Жел жылдамдығының кемуі, атмосфераның төменгі қабаттарында жел ағынының жер бетінің кедір – бұдырының үйкелеуінен туындайды. Жел жылдамдығы орман –тоғайлы аудандарда, үлкен қалалы жерлерде кемісе, ал сулы аудандарда, аэропорт территориясында жел жылдамдығы баяуламайды. Үй, ғимараттар,  орман – тоғайлар және басқа объектілер жер жылдамдығын баяулатып қана қоймайды, сонымен қатар турбулентті ағыстар туғызады.  Жел ығысуы деген түсінік бар, ол жер бетіне жақындағанда, жел жылдамдығының өзгерісін (төмендеуін) сипаттайды.

 

  1. 2.1. Желэнергетикасының 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 желэнергетикасы дамуы қайтадан даму сатысына көтерілді.

 

 

1.2.2. Қазіргі кездегі жел энергиясын пайдаланудың дамуы.

 

 

Желэнергетикасының күннен-күнге дамуы қарқындап өсуде. 31 желтоқсан 2005 жылы бүкілдүниежүзілік желэнергетикасының өндірілетін қуаты 58 982 МВт болды. Осындай қарқынды өсу сатысында Бүкіләлемдік желэнергетика 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.

 

1.3. Желқондырғысының электр энергиясын өндіру технологиясы.

 

Жел қондырғыларда жел ағынының кинетикалық энергиясы генератор роторларының айналу процесі кезінде электр энергиясына айналады. Конструкциясы жағынан желқондырғылардың генераторлары электростанция- дағы отын жаққанда ток өндіретін генераторларға ұқсайды. XX ғасырдың басында Н.Е. Жуковский жел двигателі теориясының  негізін қалады, осы теорияны негіздей отырып әлсіз желдің ырғағынан жұмыс істелетін жоғары өнімді жетілдірілген желагрегаттардың конструкциялары жасалынды, барлық елдің ғалымдары мен самолет жасаушы конструктор мамандары өз үлестерін қосты. Барлық жел двигателінің жұмыс істеу принципі біреу-ақ,онда желдің әсерінен қозғалатын желдоңғалағының қалақшаларының қозғалысы электр энергиясын өндіретін генераторының айналып тұратын білігіне беріледі.

Желдоңғалағының диаматрі үлкен болған сайын соққан желдің үлкен ағысын қамтиды және агрегат түрлеріне қарап неғұрлым үлкен энергия өндіреді. Жел двигателін екі топқа бөледі:

  • тік осьпен айналатын жел двигателі,оларға карусель типтес,қалақшалы, ортогональді.
  • горизонталь осьпен айналатын жел двигателі (қанатты деп аталады – қанаттарының санына байланысты).

Қалақшалы жел двигателінің айналу жылдамдығы олардың қалақшалар санына кері пропорционал, сондықтан агрегаттың қалақшаларын үштен артық жасамайды.

Горизонталь айналдыру осі бар екі немесе үш қалақшадан тұратын мұнараның басына бекітілген қондырғылар – желқондырғылардың ең көп тараған түрі болып табылады. Горизонталь айналдыру осі бар турбинаның роторының басқарушы білігі де көлденең орналасқан. Ал көп қалақшалардан тұратын горизонталь осі бар моделін монолиттік деп атайды. Бұл қондырғылар төменгі жылдамдықта жұмыс істейтіндіктен, су тарту насосында пайдаланады.

Тік осьпен айналатын  жел двигателінің (Н — типтес) роторының жетекші білігі вертикаль орналасқан. Турбиналарының қалақшалары өте ұзын, пішіні доға тәрізді, мұнараның үстіңгі және астыңғы жағына берік орнатылған. Осындай жел қондырғыларын әлемнің бірнеше компаниясы ғана жасайды.

H – типтес  турбинасы роторының ерекшелігі  басқарушы білік вертикаль орналасқандықтан,  кез келген  бағытта соққан желдің үлкен ағысын қамтиды.  Француз  инженері  Дарриус тік осьпен айналатын жел двигателінің теория негізін қалай отырып, конструкциясын жасады. Сыртқы түрлерінің айырмашылығына  қарамастан горизонталь және вертикаль айналу осі бар желқондырғылардың жұмыс істеу принциптері  бірдей.

 

1.4. Желқондырғылардың негізгі  бөліктері

 

Желқондырғылары мынандай негізгі бөліктерден тұрады :

  1. қалақшалардан,
  2. ротордан ,
  3. трансмиссия ( двигательдің механикалық энергиясын машинаға беруге арналған механизмдер жиыны ) ,
  4. генератордан ,
  5. бақылау жүйелерінен.

Турбинаның қалақшалары арқылы соққан желдің үлкен ағысын қамтиды. Қалақшалар шыны талшығынан, полистролдан немесе көмірпластиктен жасалынады. Турбинанаың қалақшалары жұмыс істегенде сол маңайдағы телевизияға кері әсерін тигізеді, өзі қуатты дыбыс тербелістерін тудырады. Сондықтан қалақшаларын берік сынбайтын және иілгіш шыны пластикадан жасайды (радиотолқындарды шағылдырмайды, жұтпайды). Қалақшалардың     диаметрінің ұзындығы 15 пен 25 метрдің аралығында болса, салмағы 1000 кг болады.

 

 

тормоздық

жүйе

 

транмиссия

     генератор

 

 

Ротор орталық білікпен жалғанған қалақшалардан тұрады. Орталық білік басқарушы білікке трансмиссия арқылы жалғанған. Трансмиссия – белдік арқылы кинетикалық энергияны генератордың басқарушы білігіне беріп, электр энергиясын өндіретін механизмдер жиыны. Желқондырғының бақылау жүйелері алыстан компьютер арқылы басқарып және бақылап отырады. Бақылау жүйелері қандай да бір бұрышпен көлбеу орнаатылған  және айнымалы, әр бағытта қозғалып  тұрады. Сонымен қатар электрондық бақылау жүйелері жел жылдамдығы өзгерген кезде, өндірілген кернеу шамасының шамадан асып кетпеуін реттеп отырады.

Желқондырғысының басты сипаттамаларының бірі болып оның қуаты болып саналады. Жеке үйге немесе коттеджге орналған кіші желқондырғы -лардың қуаты –100 кВт, ал диаметрі 15 – 40 метрге баратын, 2–3 қалақшалары желқондырғысы 1 МВт ток өндіреді. Қазіргі заманғы желқондырғылары 690 В кернеу береді, ол трансформатордың көмегімен 10 – 30 кВ-қа түрленеді.

Мысалы, 500 кВт–тың желқондырғысы 1 сағатта 15 м/с жел жылдамдығы кезінде 500 кВт энергия өндірсе, 600 кВт-тың қондырғы бір жылда жел жылдамдығы 4,5 м/с болған кезде 500 000 кВт энергия өндіреді. Желдің механикалық энергиясын электр энергиясына айналдыратын машинаның тиімділігін сипаттайтын шама желқондырғысының пайдалы әрекет коэффиценті (ПӘК-і) дейміз. ПӘК-ті есептеу үшін жел қондырғысының

1 жылға өндірілген қуаты 1 жылдағы 8760 сағаттағы максимал қуатқа бөлуіміз керек. Мысалы, 600 кВт–тың турбаны 1 жылда 2 млн. кВт энергия өндірсе оның

ПӘК-і:

 

ŋ = (2000000 : 365,25) ·24600 · 100 % = (2000000 : 525600 ) · 100 % =38 %

 

Қазіргі желқондырғылардың ПӘК-і 25-30 %  аспайды.

 

1.5.   Желэнергетикасының экологияға әсері

 

Желэнергетикасы дамуы, энергия жетіспейтін аудандарға қуаныш әкелгенмен, оның зиянды да әрекеті бар. Желқондырғылардың 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. Желқондырғылары 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.

 

1.6.  Жел энергиясын қалай пайдалану туралы кейбір ұсыныстар.

 

Желқондырғысын 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.

Жылдамдық артқан сайын, ауа ағысының сипаты өзгере түседі. Ауа қабаттары бірімен-бірі ретсіз араласып кетеді, үйірім пайда болады. Мұндай ағысты турбулентті деп атайды. Турбулентті ағыс жел энергиясын тиімді пайдалану мүмкіндігін азайтады, сонымен қатар машинаның тозуын тездетеді. Сондықтан турбина мұнарасының биіктігін барынша биік етіп қалайды, біріншіден жер бетіндегі пайда болатын турбулентті ағысты болдырмау үшін, екіншіден жел жылдамдығын арттыру үшін. Жел қуаты оның жылдамдығының кубына тура пропроционал. Мысалы, жерден 30 м биіктікте орнатылған желтурбинасы мен жерден 10 м биіктікте орнатылған турбинаның жылдамтықтарының айырмашылықтары 100%  болады. 10м биіктікте орнатылған екі жел генераторы мен 30м биіктікте орнатылған бір генератордың өндірілген ток қуаты бірдей. Басында айтып кеткендей, желқондырғының орнын тағайындаған соң, сол аймақтағы орташа жылдамдық мәнін білуіміз керек. Ол үшін айлар бойы зерттеулер жүргізіп немесе метеостанцияның көмегіне жүгінуіне болады.

Жел жылдамдығын өлшеу үшін үш шыныдан жасалған, вертикаль оське бекітілген анемометр аспабы пайдаланылады. 1 минуттағы айналым санын электрондық құрылғы тіркейді. Анемометр жел бағытын анықтайтын аспап, флюгермен жабдықталған. Жел бағытын анықтаудың  тағы бір тәсілі, сол аймақтың өсімдік ағаштарын бақылау. Жалғыз және өсіп тұрған ағашты алып қарасақ, жел соққан жағының жапырағы сирек, қураған, бұтақтары ұзын және горизонталь болып келеді. Өз аймағымыздың климаттық жағдайы, бізге керекті энергия мөлшері, орташа жел жылдамдығы, орнын тағайындаған соң, желгенераторын шығаратын мамандардан мәлімет алған соң,  желқондырғысының керекті моделін таңдауға болады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Күн – энергияның аса қуатты көзі.

 

Күннің ғаламшараралық кеңістікке шығаратын бүкіл энергиясының  Жер атмосферасы шекарасына жуықтап алғанда екі миллиардтан бір бөлігі жетеді. Жер бетіне түсетін Күн энергиясының үштен біріне жуығы шағылысып ғалам- шараралық кеңістікке тарайды. Күн – энергияның аса қуатты көзі, оның энергиясы электромагниттік толқындар спектрінің барлық бөлігінде – рентген және ультракүлгін сәулелерден бастап радиотолқындарға шейін ұдайы сәуле шығарып, таратып тұрады. Бұл сәулелер Күн жүйесіндегі барлық денелерге күшті әсер етеді: оларды қыздырады, планеталардың атмосферасына  әсер етеді, жердегі тіршілікке қажетті жарық пен жылу береді. Күннің орташа темпе- ратурасы 8·106 К-ге жақын, ал Күн бетінде  6000 К-ге тең. Неғұрлым дәл есеп-    теулер Күн центріндегі температура 15 млн Кельвинге жететінін көрсетті. Оның ядросының түйреуіштің басындай бір түйірін Жер бетіне орналастырар болсақ, бұл «шағын пешке» 140 шақырымнан артық жақындай алмаған болар едік! Күн әр секунд сайын жүздеген миллион ядролық бомбаның жарылысына тең энергия бөліп шығарады. Күннің ірі болғаны соншалық, оның ішіне біздің Жеріміз сияқты 1 300 000 планета сиып кете алады. Күннің бір килограмм затының бір секундта шығаратын энергиясы, бір қарағанда 2·10-4 Вт/кг – ға тең, бұл шама көп емес, ол шамамен бір килограмм шіріген жапырақтардан шыққан жылу мөлшеріне тең. Бірақ жапырақта жинақталған химиялық энергия осылай- ша энергия бөлгенде, бір жылға әзер жетеді.

Қазіргі мәліметтерге қарағанда Күн 5 млрд жыл шамасында өмір сүрді, бұл уақыт оның жарықтығы пәлендей өзгерген жоқ, Күн затының ішкі энергиясын-дағы қор әлі миллиардтаған жылдарға жетуге тиіс. Күннің жарқырауын 4·102Вт деп және жарқырау өмірінің ұзақтығын t=5·109 жыл = 1,5·1017 с екенін біле отырып, Күннің осы уақыт аралығындағы энергиясын жеңіл табуға болады:

 

4·1026 Вт ·1,5·1017с =  6·1043Дж.

 

Осы энергияны Күн массасына бөлу арқылы бұл уақыт ішінде оның Күн затының әрбір килограмының 3·1013 Дж энергия бөлгенін табамыз. Ең калория- лы химиялық жанармай- бензиннің жанғандағы салыстырмалы жылуы

4,6·107 Дж/кг-ға тең,  1 кг Күн заты бөлген ішкі энергиядан едәуір аз. Күн жарық шығаруын демеп ұстап тұрған жалғыз тиімді энергия көзі – сутегі ядроларынан гелий атомдарының ядролары пайда болғанда (синтезделгенде) бөлінетін термоядролық энергия.  Есептеулер массасы 1кг сутегінен термоядролық реакция синтезі кезінде массасы 0,99 кг гелий түзілетінін және 9·1014 Дж-ға жуық энергия бөлетінін көрсетті. Егер осы шаманы Күннің 5 млрд жылдық ғұмырындағы әрбір килограмм сутегі бөлген энергиямен 3·1013 Дж салыстырсақ, ондағы қалған сутегі 150 млрд жылға жетуі тиіс болады. Бірақ синтез реакциялары оның барлық массасының шамамен оннан бір бөлігі болып табылатын Күн ядросында ғана жүретіндіктен ядролық отын қоры әлі 10 млрд жылға жетеді.

Қазіргі кезде Күн энергиясы халық шаруашылығында – гелиотехникалық құрылғылар (жылыжай, саяжай, суқайнатқыш, сужылытқыш, кептіргіш сияқты әр түрлі қондырғылар) өте жиі қолданылады. Ойыс айнаның фокусында жинал- ған Күн сәулесі ең берік деген металдарды балқытады. Күн электр бекеттерін жасау, үйлерді жылытуда Күн энергиясын қолдану т.с.с. жолында жұмыстар атқарылуда. Күн энергиясын тікелей электр энергиясына айналдыратын шама өткізгіштерден құрастырылған Күн батареялары күнделікті өмірде қолданылу- да.  Біздің заманымызда табиғи таза энергия қоры – Күн энергиясын пайдалану- дың негізгі екі бағыты бар: 1) күн энергиясын ішкі энергияға түрлендіру арқылы жылумен қамтамасыз ету және 2)күн энергиясын электр энергиясына түрлендіру. Осындай күн сәулесінің энергиясын пайдалануға негізделген гелио- техникалық қондырғылардың жұмыс істеу принциптерін қарастырайық, ол өте қарапайым, жеңіл де әрі түсінікті.

 

2.1. Жылулық – сәулелік қондырғылар.

2.1.1. Коллектор.

 

Күн энергиясын ішкі энергияға айналдыруды қалай жүзеге асыруға болады?  Бәрімізге белгілі күн сәулесі денеге өткенде жұтылады, кері жағдайда жұтылған энергия қоршаған ортаға сәулесін шығарады (сәулеленеді). Біздің жағдайымызда осы энергияны пайдалану мақсаты көзделіп отыр. Күн энергия- сын тұтынатын қарапайым қабылдағыштың, яғни жазық күн коллекторының жұмысы осы принципке негізделген. Жазық күн коллекторы жұқа пластинадан тұрады. Ол жылу өткізбейтін және жұтылу қабілеті жоғары материалдан жасалынады. Сәуле пластинаға түскенде температура 70°С-қа дейін өседі (жаз айларында).Жетілдірілген  жаңа түрін селективті жұтылдырғыш деп атайды. Металл пластинаға жұқартып никель оксидін немесе мыс қабатын жалтыратып өңдеп қаптайды. Бұл кезде  Е жұт/ Е шығ =  9,   ал температурасы 154°С-қа шейін көтеріледі екен. Селективті жұтылдырғыштың кемшілігі шаң-тозаңға сезімтал, сондықтан көп қолдануға тиімсіз. Ал оның жұмысын жақсарту мақсатында оның сыртын шыны немесе таза пластмассамен қаптайды. Бұндай қабаттан жасаған коллектор күн сәулесін жақсы өткізіп қана қоймай, энергия шығынын азайтады екен, ал температурасы 194°С-қа шейін барады.

Жазық коллектордың мысалы ретінде Күн бассейнін алуға болады. Бассейн- нің резервуарының 50 м² ауданын сумен толтырып, бетін жұтылу қабілеті жоғары материалмен қаптаймыз. Осындай бассейнді әрі арзан және көп күн энергиясын тұтынатын жылуқабылдағыш ретінде пайдалануға болады.

Енді біз мектеп, фабрика, больница, үйлерді жылыту, ыстық сумен қамтамасыз ету мақсатында жұмыс істейтін жылулық сәулелік қондырғылар- дың конструкцияларымен таныстырайық.Айналып жүретін сужылытқыштың жұмыс істеу принципі   суретке айқын бейнеленген.

Суық су жұтылдырғыштың ішкі беткі қабатынан өте отырып, күн сәулесінің әсерінен қызады. Су қоймасының  жоғары жағынан ыстық су алынса, ал төменгі жағына суық су беріледі. Осындай сужылытқышты өз интернатымның жазғы демалыс лагерінің душына және асханаға (ыдыс жууға) орнатуға болады.

 

 

Мысалы, біз ыстық сумен қамтамасыз ететін мекемеге коммунальды шығын мөлшеріміз адам баласына шаққанда 3м³ ыстық су жұмсалады деп есеп береміз, 100 л суды қыздыру үшін күн коллекторы қамтитын аудан 2-3м² болу тиіс.

Жер шарының көптеген ендіктерінде тұщы судың жеткіліксіздігінен көптеген халықтар су тапшылығының азабын тартуда. Осы мақсатқа негіздел- ген теңіз суын тұщы суға айналдыратын аппараттың жұмыс істеу принципіне тоқталайық. Онша терең емес резервуарды (су қоймасын) теңіз суымен толтыр- амыз. Жылуқабылдағыш (коллекторды) көлбеу қоямыз, күн сәулесінің әсерінен судың температурасы күрт өсіп булану процесі жүреді. Төменгі жұқа қабаттан конденсацияланып тамшы болып су тұщыландыратын қабылдағышқа түседі .

 

2.2. Концентраторлар

 

       Жинағыш линзаның  фокусына күн сәулесін жинақтау арқылы қағазды жандыруға болатынын бәрімізге бала кезден белгілі, ал линзадан жасалатын гелиоконцентраторлар өндірісте қолданбайды, себебі линза дайындау техноло- гиясы қиын және салмағы ауыр болып келеді. Қазіргі кезде ойыс сфералы айна қолданады, егерде күн сәулесін ойыс айнаның фокусына бағыттасақ, күшті сәулелер ағынын туғызады.  Ойыс сфералы айна гелиоконцентратордың негізі деп атайды. Егерде айнаның фокусына суды қоятын болсақ жылығанын байқай- мыз. Концентраторлардың айнасын шыныдан немесе жылтыратып өңдеп қаптаған алюминийден жасайды.Тиімділігі жоғары күн сәулелі концентратор- лардың формаларына қарап мына түрлерге топтауға болады:

  1. Цилиндрлі параболоид.
  2. Айналмалы параболоид.
  3. Жазық-сызықты Френель линзасы

 

 

 

Күн энергиясын механикалық қозғалысқа түрлендіруге болады. Ол үшін диаметрі 1,5м параболалық айнаның фокусына Стирлинг циклі бойынша жұмыс істейтін динамикалық түрлендіргішті орналастырамыз. Ол тез арада 1кВт қуат алып, 20м тереңдіктен 2м3 суды көтереді екен. Қазіргі кезде күн сәулесін пайдалану арқылы кептіргіш аспаптардың, түрлі қыздырғыштың конструкциялары жасалынған. Көкөніс-жемістерді, дәнді-дақыл өнімдерді, мақта, табак, кірпіштерді осындай аспаптардың көмегімен кептіруге болады. Мысалы, Ташкент қаласында диаметрі 2,05м сфералық айнасы бар концентра-

тор автоматты жүйемен қамтылған. Осы аспаптың көмегімен металл және керамика бұйымдарын балқыту, дәнекерлеуге болады. Гелиоконцентраторлар ғарышкемелердің температурасын арттыру мақсатында және ғарышкеме планетаның көлеңкесінде қалған мезетте қажетті энергия шығынын толтырады. Бұл қондырғы біріккен концентратор қабылдағыш пен жылу аккумуляторынан тұрады. Жұмыс істеу принципіне тоқталсақ, айнадан шағылған күн сәулесінің ағынын қабылдағышқа бағыттайды.. Ішкі энергиясы артып, жылу аккумуля- торына түседі, фототүрлендіргіш электр энергиясына айналдырып тұтынушыға жеткізіледі.

 

2.3. Күн батареялары (фотоэлементтер).

 

Электр қозғаушы күшін туғызатын және жарық шығару энергиясын электр тогының энергиясына тікелей түрлендіретін жартылай өткізгішті фотоэлемент- тердің конструкцияларына қысқаша тоқталайық.

Ішкі фотоэффект – сәулеленудің әсерінен жартылай өткізгіштегі еркін зарядтар (электрондар мен кемтіктердің) концентрациясының арту құбылысы. Жарықтандырған кезде атомнан үзіліп шыққан еркін электрондар мен кемтік- тер пайда болуының салдарынан электр өткізгіштік артады. Жартылай өткізгіштердің арасында ЭҚК-не тең потенциал айырымы пайда болады. Мұндай фотоэлементтер ток көздері (күн батареялары) ретінде қолданылады. Күн батареялары кремнийден  жасалынады, бұл жер қойнауындағы оттегінен кейін екінші орындағы ең көп таралған элементтердің бірі болып табылады.

 

 

Фотоэлектрлік станциядағы 30 жылғы 1 кг кремний өндіретін энергия, жылу электр станциясындағы 75 тонна мұнай жұмсап өндіретін энергиямен пара-пар. 1 кг кремний күн элементінде  30 жылда 300 Мвт сағ электр энергиясын өндіреді. Күн батареяларының отыны тегін күн сәулесі болып табылады. Ал ерекшеліктерін атасақ, бұл қолданылу мерзімнің ұзақтылығы (  30 жыл, болашақта 50-100 жылға  жеткізбек ) олар жөндеуді қажет етпейді, себебі оның механакалық  детальдары қозғалмайды, экологиялық таза , жұмыс істеу барысында шуы  да естілмейді. Кремнийден жасалған диодтың ерекшелігін ескерсек, оның жоғары шекті температурасы 1500С (ал германий үшін 700С), ал кері ауысудағы токтың шамасы германиймен салыстырғанда 1000 есе кем..

Қуаты 2-3 кВт-тан тұратын кремнийлі фототүрлендіргіш гелиоқондырғыны үйдің төбесіне құрастырып орнықтырады, ол 20-30м2 ауданды қамтиды, ал жылына 2000 кВт-сағат энергия береді. Бұл бізге күнделікті тұрмысқа қажетті энергия шығынын өтеумен қатар, электромобильдердің аккумуляторын зарядтауға болатынын дәлелдеуде. Мысалы, озық елдің қатарындағы Швецария елінде қуаты 1-1000 кВт дейін 2600 кремнийлі фототүрлендіргіш гелиоқондыр- ғылары мен күн коллекторлары орнатылған.

Жаз маусымындағы күн энергиясына өндірілген мөлшерден тыс артық энергия жалпы тұтынушыдағы электр жүйелеріне беріледі. Ал қысты күндері, әсіресе түн сағаттарында энергия тегін гелиоқондырғының иесіне қайтарылады. Бірқатар елдердің күн энергиясын пайдаланудағы тәжірбиелері, бір елдің бүкіл тұрғын үйлерінің электр мұқтаждықтарын қамтамасыз ететінін дәлелдеді.

Фототүрлендіргіштердің ПӘК-і қатты қызған кезде төмендейді, ондай кездерде қондырғының панельдерінің астына вентилляциялық құбырлар орнатады, ыстық ауаны айдау үшін. Қыздырылған ауа коллекторлық аспаптың жылутасығышының ролін атқарады.

  1.    Жалпы биогаз жайлы мәліметтер

    

       Жалпы биогазға сипаттама берсек, биогаз өндіру бір жарым ғасыр бұрын туды. 1808 жылы  Г. Дэйви ең алғаш сиыр тезегінен метан бөліп шығарды. Ең алғаш биогаз өндіретін қондырғы  1897 жылы  Бомбей қаласында жасалды. Бірақ  биогаздың бере алатын мүмкіншіліктеріне қарамастан, оны пайдалануда кейінгі кездерге  дейін кең қолданыс таппады. Себебі мұнай мен табиғи газдың беретін өнімі  ол кезде жеткілікті, әрі шексіз болып көрінді. Биоқалдыққа байланысты мәселелер экологиялық проблемалар туындаған соң, кейіннен ғана маңызды сипат ала бастады.

Биогазға жалпы энергетикалық баға берсек, кейбір көрсеткіштерге  сенсек, биогаздың дүние жүзі  бойынша потенциалдық қоры тек ауыл шаруашылығының биоқалдығынан тұрады деп санағанның  өзінде ол бізге  жылына 1- 1,3  млрд. тонна жанғыш шикізат береді екен. Биогаз дүние жүзінің энергоресурстарының оннан бірін құрайды.

 

 

 

Биогаз алу технологиясы өте қарапайым, оны  алудың технологиясы станцияларда аэрацияны қолданудан еш айырмашылығы жоқ. Осындай қарапайым процесс нәтижесінде біз 500 ккал/м3 жылу беруге қабілетті газ аламыз. Биогазды үй  радиаторларын жылытуға, дән  кептіруге, машиналар мен тракторлардың жану отыны ретінде, стационарлық іштей жану двигательдері үшін,  генераторлардың  роторларын  қозғалтатын энергия көзі ретінде пайдалануға  болады. Құрамы жағынан  биогаздың табиғи газдан айырмашылығы ( газды баллонды  машиналарға қолданатын ) аз. Биогаз айналымының қалдығын жанғыш  өнім ретінде пайдалану, сол сияқты оның егін  шаруашылығында  минералды  тыңайтқыштар ретінде  тигізетін көмегі көп ақ. Оның құрамында егіннің өсуіне ықпал ете алатын кальций ( Са ), азот    ( N), калий (К) бар, біраз  минералды  микроэлементтер де бар.

Осыдан  шамамен он-он бес жыл бұрын  Еуропада нағыз биогаздық төңкеріліс басталды. Осы жылдары биогаздық қондырғылар Индия, Бангладеш, Пакистан, Таиланд, Жаңа Зеландия мемлекеттердің  қолдануына ене бастады.

Филиппинде өзінің  биогазымен өзін толығымен қанағаттандыратын он жеті мың  шошқа комплексі салынды. Бангладештің эксперттерінің айтуынша 3-4 ірі қарадан келетін  қалдықтың биогазы орташа үлкенді жанұяның энергетикалық сұранысын толық қанағаттандыра алады. Ауылды жерлерде мұнай,  көмір, газ т.б. энергия қорлары  жетіспейді. Мысалы, Индияның кейбір аудандарында отбасының әрбір мүшесі өзінің бір апталық энергетикалық сұранысын  қанағат-

тандыру  үшін екі күн бойы отын жинауға тиіс екен.  Осындай  тапшылықтарға байланысты  Индияда жылына 5-6 мың биогаз  қондырғылары орнатылады, кейде биогазды дизельді отын ретінде де пайдаланады екен.

Биогаздық кондырғының пайдалану бір кездері тек бай және дамыған  мемлекеттерде ғана пайдасын тигізеді  деген аксиома қалыптасты. Осы заманғы

талаптарға сай, экономикалық энергия ресурстарының қоры тапшылықтарына байланысты биогазды пайдалану кез келген мемлекетке және қоғамға пайда берері сөзсіз.

Сонау ерте заманнан егін шаруашылығына шексіз қорек саналған бұл қалдықтар бүгін қоршаған ортаға  жағымсыз зиянын тигізуде. Биоқалдықтар  құнарлы жердің структурасын , эрозиясын бұзуда,  жаңбыр суымен шайылып, бұлар жер асты және жер үсті суларына үлкен зардабын тигізеді. Осының  әсерінен эпидемиялық аурулар туындайды. Ал сондай-ақ сұйық  биоқалдықтың әсері ауаға тарап, әр түрлі  жағымсыз иісін беріп, ауаны ластап,  жергілікті тұрғын халықтарды уландырады. Осы объектілерден кейін атмосфераға шығарылған улы биогаз  ауа қабаттарында  химиялық немесе фотохимиялық өзгерістерге ұшырайды. Содан пайда болған химиялық өнімдер суға,  жерге түсіп, барлық тірі организмдерге әсер етеді,  ғимраттарды бүлдіреді т.б. Оттек жетіспеген жағдайда жануарлар мен адамдар қалыпты тыныс ала алмайды.

 

 

3.1. Биогаздың құрылымы мен жұмыс істеу принципі.

 

Бүгінгі күні биогаз қондырғыларының бірнеше түрі бар. Олардың  жалпы

сипаттамаларын түсіну үшін, олардың ішіндегі ең сапалысы мен қарапайымды-

лығын қарастырайық. Оны конструкторлар Биогаздық қондырғы I деп аталады. Оны шартты түрде БГҚ – I деп атайды.

 

3.1.1.  БГҚ – I – дің жүктеулері.

 

БГҚ – I экологиялық таза, әр түрлі қоспасыз, ауыл шаруашылығында пайда болатын қалдықтарды адам игілігіне және тұрмыста қолдану үшін пайдала- нылады. Органикалық қалдықтарды өндіру үшін ерекше анаэробты бактерия- лардың көмегімен жүретін биоментангенерация, метаногенерация технология-сы қолданылады. Бұл әрине күрделі биохимиялық система. Анаэробты бактер- ияның дамуы нәтижесінде органикалық қалдықты құрайтын  (полисахарид, ақуыз, пептидтер, майлар, май қышқылдары, нуклеин қышқылдары т.б.) биополимерлер метан газын құра отырып бөлінеді. Бұл құбылыс орташа темпе- ратурасы – 520С, 530С – тарда жүрсе айналым тамаша нәтиже береді. Ал қарапайым басқа құрылғылардың орташа температурасы — 370С.

Биогаз  дегеніміз – анаэробты бөлінудің әр түрлі органикалық заттардың ферментациясы нәтижесінде бөлінетін газ тектес шикізат. Биогаз- әр түрлі газдардың қоспасы. Оның негізгі компененттері:  метан (СН4 ) – 55-70 % және

көмірқышқыл газы (СО2) – 28-43 %,  сондай-ақ  аз көлемдегі газдар, мысалы, күкіртті сутек ( Н2S ). Орташа есеппен 1 кг органикалық заттан 70 % -тік  айналым нәтижесінде 0,32 кг метан,  18 кг көмірқышқыл  газ,  0,2 кг су, 0,3 кг ерімейтін қалдық түзіледі.

 

 

3.2 Құрылғының конструкциясы

 

БГҚ-І толығымен заводтық өндірісінде жасалуы тиіс және кез келген

климаттық   жағдайда  қолданылады. Суық жерлерде, жылу  жоғалтпау және энергетикалық шығынды  азайту  мақсатында, қатты  салмақты заттардан қорғау үшін  жылытқыш қабатын ұлғайту қажет.

 

 

  1. Биореактор-2,5м3 көлемді цилиндр тәріздес ыдыс.
  2. Жылу рубашкасы-биогазды тұрақтандыратын тірек, үйлесімді температураны ұстау үшін және тұрақтандыру үшін орнатылады.
  3. 2 килоВаттық ТЭН – температураны қадағалау үшін. Жылу рубашкасының төменгі жағына орнатылады.
  4. Араластырғыш.
  5. Шнек.
  6. Гребендер — реактор қақпағы мен негізіне бекітіледі.
  7. Люк- шикізат салынатын түтік.
  8. Герметикалық ерітінді 1.
  9. Шлюз-айналым қалдығын шығаратын түтік.
  10. Герметикалық ерітінді 2.
  11. Аралық диафрагма.
  12. Айналып тұратын рукоятка.
  13. Штуцер-биогаздың өз қысымы арқылы шығатын жері.

Бұлар суретте  көрсетілген.

 

 

3.3. БГҚ – І –дің Қазақстанда орналастырылуы.

 

Қазақстан-анаэробты жолмен бөлінетін биомасса қорына өте бай,сондықтан мыналарды алуға болады:  метан (СН4),  көмірқышқыл газы (СО2),  егін шаруашылығына қажетіне пайдаланатын органикалық заттар.

Қазақстан Республикасында 148 мың ауыл шаруашылығы бар: 131 мың егін шаруашылығы,  9567 мал шаруашылығы,  7 мың қос шаруашылық бар.Осы көрсеткіштерге қарап , Қазақстанда 148 мың биогаздық құрылғы салу қажет- тілігі туындап отыр9567 үлкен  көлемді құрылғылар (10м3) және қалғандары кішірек болуы тиіс.  Қазақстан  Республикасында  БГҚ- І орналастыруда өте мұқият болған жөн. Оның бәрі мына фактілерге байланысты:  Қазақстан  Республикасының  территориясы  үлкендігіне қарамастан халық  саны аз, қоныстану аймақтарының әр түрлілігі және континентальды климатының әсері.

 

 

3.4. Биогаздың энергиясы

 

        Биомасса өте  эффективті  қалпына келетін энергия көзі болып табылады.

Биомассалық  ресурстар дүние жүзінің барлық аудандарында кең тараған және олардың  әрқайсысын шығарып  өңдеуге болады. Қазіргі  уақытта осы био- массаның  арқасында жалпы дүниежүзілік энергетикалық  қолданыстың 6-10 пайызын жабуға болады. Жыл сайын жер бетінде фотосинтез процессы арқылы 40 млрд. тоннаға жуық мұнай  және 120 млрд. тонна органикалық шикізат алынады. Биомассаны  адам тұрмысында мына бағыттармен қолдануға болады: тікелей жандыру немесе  ауылды жерлерде  әр түрлі органикалық қалдықтардан  биогаз алу. Биомасса, оның ішінде  әсіресе ағаш отыны ауыл  тұрғндарына жалғыз  қолайлы энергия көзі. Ағаш отын жылына жер бетінде  2 млрд. адам –ның  сұранысын қанағаттандыра алады.  Биомасса жер бетінің жылдық өнімінің жетіден бірін құрайды. Ал сапасы жағынан  табиғи газбен  бәсекелесе үшінші орынды иеленіп отыр. Биомасса  энергетикасы  ядролық  энергетикадан төрт есе көп  энергия береді. Еуропалық одақ мемлекеттерінде 1992 жылғы био-массаның  өнімі жалпы энергетикалық өнімнің 55 пайызын құрайды.

Биомасса энергиясы  Португалия, Франция, Германия,  Дания,  Италия және Испания сияқты мемлекеттерінде кеңінен қолданылады. Еуропалық одақ мемлекеттерінде жылына мұнайдың эквивалентті 100-120 млн. тоннаға  тең биоэнергия алынады. Сондай-ақ биомассалық шикізатты жылына 250 тонна көлемінде әртүрлі энергетикалық плантациялардан алуға болады.

Биогаз алу биомассаны өндірудің ең ерекше  де тиімді түрі болып табыла- ды.  Биогаз ауыл шаруашылығында ерекше роль атқарады. Себебі  ауыл шаруа- шылығында пайда болатын биомассаны өндіру арқылы  жетпіс пайыздық метан және  егін шаруашылығына пайдалы  органикалық заттар алуға болады. Биогаз өндірудің ендігі бір ерекше қасиеті оны өндіргендегі шығатын артық улы  газдың мөлшері мұнай өндіргендегі шығатын газдан әлдеқайда аздығында. Биогаз алудың экономикалық бағаланулары бүгінгі күні ақталуда. Биогазды жарықтандыруға, үй жылытуға, тамақ пісіру, транспорт,  электрогенератордың роторларын қозғалту мақсатында қолданады. Ғалымдардың есептеуінше 1 м2 аумақты жылыту үшін жылына 45 м3 биогаз қажет, ал су жылыту үшін күніне 5-6 м3 биогаз керек. Бір тонна  шөптен қырық  пайыздық  ылғалдықта 15 м3  биогаз алуға болады. Ал  1 кВт/сағ  электроэнергия алу үшін  0,7- 0,8 м3 биогаз қажет. Украинада  тек  шошқа және құс  фабрикаларының өзінен  шамамен       3 млн. тонна  органикалық қалдықтар түзіледі. Одан 1 млн. тонна  биогаздан

8·109  кВт ·сағ  электроэнергия алуға болады.

 

 

Қорытынды

 

Қуат жетіспеушілігі  мәселесін шешудің бір амалы – қуатты үнемдеу. Қуатты үнемдеуге бағытталған шаралар Қазақстандағы нағыз балама қуат көздері болып табылады. 2008 жылдың ақпан айындағы Қазақстан халқына жолдауында президент Н.Ә.Назарбаев электр қуатын жаппай үнемдеу қажеттілігіне ерекше назар аударып, кәсіпорындарды қуат үнемдейтін және қоршаған ортаға зиянсыз келетін технологияларды ендіруге күш жұмсауға шақырды. Энергия мен қорларды үнемдейтін технологияларды дамыту барған сайын өзекті мәселеге айналып барады.

Қуатты үнемдеу мақсатында, туындаған экологиялық проблемаларды шешу мақсатында мен көгілдір Балқаш көлінің жағасына, өзім оқитын интернаттың жазғы лагерь демалыс орнына желагрегатының комплексін, гелиотехника және биогаз қондырғыларын салуды мақсат етіп қойдым.  Балқаш өңірінің соғатын орташа жылдамдығы –4,8м/с. Жел жылдамдығы 5м/с соққанда желагрегатының қалақшаларының жылдамдығы 14-16м/с дейін жетеді. Диаметрі 15 метрлік 400 кВт-тық жел двигателі 1 сағатта 400 кВт энергия өндіреді.

Күн энергиясын ішкі энергияға түрлендіру арқылы жылумен қамтамасыз ету мақсатында күн коллекторын пайдалану. Осындай сужылытқышты душ және асханаға (ыдыс жууға) пайдалануға болады. 100 л суды қыздыру үшін ауданы 2-3м2 күн коллекторын орнату керек. Ал күн энергиясын электр энергиясына түрлендіру мақсатында қуаты 2-3 кВт-тан тұратын кремнийлі фототүрлендіргіш гелийқондырғыны  біз өзіміз жататын үйіміздің төбесіне құрастырып орнықтырсақ, ол 20-30 м2 ауданды қамтиды, ал жылына 2000 кВт сағат энергия береді, Ал  1 кВт/сағ  электроэнергия алу үшін  0,7- 0,8 м3 биогаз қажет. Орта есеппен біз 1 айда 8000 кВт энергия жұмсаймыз. Біз орнататын желқондырғысы мен  фотоэлектрлік   жүйе, биогаз қондырғысы  жеткілікті мөлшерде энергия өндіретіндіктен, қуатты үнемдейміз. Біз бұның тиімділігін айқын көріп отырмыз.  Қорыта айтсақ, көмірсутегі қорларының таусылу кезеңінде бұл жел , күн, биогаз   энергиялары – құндылығы ерекше бізге табиғаттың берген сыйы десе де  болады