Теоретические и методические расчеты ресурсных потенциалов солнечной энергии в юго-восточных Каракумах

Введение. На современном этапе научно-технического развития современный Туркменистан – динамично развивающееся государство, обладающий богатейшим природными ресурсами, инфраструктурными и человеческими потенциалами. Задачи устойчивого развитию экономики Туркменистана основаны на использовании современных и инновационных технологии во всех структурах АПК [1,2].

Восемьдесят процентов территорий Туркменистана занимает пустыня Каракумы и проблема освоения и борьбы с опустыниванием является одной важнейших проблемой страны. Решения проблемы энерговодообеспечение для освоения пустыни и развития пастбищного животноводства может сыграть использования солнечно-энергетических технологии. Протягивания линий электропередачи (ЛЭП) из-за низкой плотности населения и дороговизны экономический не целесообразно.

Вопрос вод обеспечения территорий частично может решить использование подземные воды пустыни, объем которой составляет 80 км ³ , но они находятся на различных глубинах от 5 до 300 м и различной минерализацией [2].

Вопрос подъема воды из этих глубин можно с использованием солнечных водоподъёмных установок. Солнечно-энергетические ресурсы составляют по территорий страны 4⋅10 ¹⁵ кДж, или в эквиваленте 1,4⋅10 ⁹ т у.т. в год [3,6,12].

Для разработки, создания, внедрения инновационных солнечных энергетических систем и технологии в пустынной зоне Каракум необходимо комплекс теоретических, экспериментальных исследований всех технический составляющих компонентов энергоустановки, определить оптимальные конструктивные особенности и предельную энергетическую мощность системы. Для строительство и ввода в действий солнечных энергетических систем и технологии необходимо составления технико-экономического обоснования (ТЭО). Существующие инженерные расчеты не достаточной точны при расчетах ТЭО в пустынной зоне Туркменистана, поэтому решение этих проблем, является весьма актуальной [1-4,6,8,12].

Степень разработанности темы . Туркменскими учеными проделаны и достигнуты большие успехи в научно-исследовательской работе (НИР) по использованию солнечной энергии. В современном мире всё возрастает требования к качеству энергетических установок, созданию новых прогрессивных энергоэффективных конструкций, в соответствии со стратегией устойчивого развития Туркменистана до 2030 г. и Закона о возобновляемых источниках энергии. Поэтому следует трактовать и научные основы прогрессивного проектирования, конструирования и технологического развития солнечной энергетики. Научной основой современного и перспективного солнечной энергетики является комплекс теоретических, расчётно-аналитических и экспериментальных исследований. Они базируется на общих принципах фундаментальной науки и научных основах инновационной техники и технологии, которые имеют свою конечной целью решение конкретных производственных задач при изготовлений солнечно-энергоустановок в пустынной зоне Каракумы[3,6-8,13].

Для выполнения выше названных требований в работе рассмотрены и использованы инновационные методики, технологии, научно-обоснованы, систематизированы и теоретический, практический и экспериментально исследованы ресурсные валовые, технические, экономические и экологические потенциалы с учетом природно-климатических условий для освоения Юго-Восточной пустынной зоне Каракумы [1,2].

В статье приведены теоретические и методические расчеты валовых, технических, экономических и экологических потенциалов солнечной энергии, определены эффективность энергетического потока солнечного излучения и угол наклона солнечных коллектора для Юго-Восточных Каракум.

Юго-Восточные Каракумы представляется как совокупность участков, или зон, в каждой из которых интенсивность поступающего солнечного излучения и альбедо Земли, а также географические, климатические и погодные условия являются однородными по всей площади зоны дельта Амударьи имеет линейную протяженность более 500 км [1-3,9,13].

Методика и методология определения. Для определения валового, технического, экономического и экологического потенциалов Юго-Восточных Каракум учтены не неблагоприятные природно-климатические условия и атмосферные явления в течение года: среднемноголетний приход солнечной энергии на единицу площади, кВт·ч/(м ² ·год); средн емноголетний приход солнечной энергии на единицу горизонтальной поверхности в i-й 102                 Агротехника и энергообеспечение. – 2025. – № 4 (49)

месяц года, кВт·ч/(м ² ·мес.); среднемноголетний приход прямого потока солнечной энергии на единицу горизонтальной поверхности в i-й месяц года, кВт·ч/(м ² ·мес.); среднемноголетний приход рассеянной солнечной энергии на единицу горизонтальной поверхности в i-й месяц года при безоблачном небе, кВт·ч/(м ² ·мес.); эмпирическая продолжительность солнечного сияния для данной местности в течение i-го месяца, ч/год; астрономическая возможная продолжительность солнечного сияния для данной местности в i-й месяц, ч/год [3,7-9,13]. Эти условия и явления непосредственно влияют на энергопроизводительность, анализ приведены в таблице 1 [6,7,9,10].

Таблица 1 - Неблагоприятные природно-климатические условия и атмосферные явления при использований солнечных энергетических технологи и установок в ЮгоВосточных Каракумах

Градиент неблагоприятных дней	I	II	III	IV	V	VI	VII	VII I	IX	X	XI	XII	За год
Снег	4	2,5	1,5	-	-	-	-	-	-	-	-	2	10
Метели	0,0	0,0	-	-	-	-	-	-	-	-	-	0.1	0,26
	7	9
Туманы	5	2	1	0,3	0,1	-	-	-	0,1	0,3	1	5	14,8
Гроза	-	-	0,1	1	2	2	0,7	0,7	0,4	0,2	0,0	-	7
											2
Град	-	0,2	-	0,1	0,0	0,0	-	-	0,0	-	-	0,0	0,42
					4	4			2			2
Пыльные бури	0,4	0,8	1,8	2,9	2,0	2,4	1,9	1,6	1,0	1,0	0,4	0,1	16
Сильные ветра	3,5	4,1	4,4	2,5	2,1	0,9	0,8	0,7	0,1	0,5	1,3	1,9	23
Ясные дни Общая	4,8	5,1	4,5	6,2	13,	24,	26,	28,	27,	19,	11,	7,4	177
нижняя	15,	16,	16,	20,	1	0	2	5	0	1	2	17,	285
	6	3	9	6	26,	29,	20,	30,	29,	28,	22,	9
					6	1	6	8	8	3	9
Пасмурные дни Общая	10,	7,5	10,	7,4	2,8	0,4	0,0	0,0	0,0	1,1	4,1	9,1	53
Нижняя	0	1,5	4	0,9	0,2	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,7	3,2	13
	4,1		2,6
Без солнца	7	4	4	2	0	0	0	0	0	0	4	6	27
Продолжительно	129	144	182	240	321	380	397	367	319	276	177	134	306
сть солнечного													6
сияния (час)
Осадки в виде дождя (мм):	7,4	6,7	7,7	6,0	2,8	0,3	0,0	0,0	0,1	1,4	3,5	6,1	42
≥0,1	6,7	5,8	6,7	5,2	2,2	0,2	7	1	0,0	1,2	2,9	4,9	35
≥0,5	5,0	4,8	5,8	4,6	1,7	0,2	0,0	0,0	3	1,0	2,5	4,2	30
≥1,0	2,0	1,8	2,7	1,9	0,6	0,0	4	1	0,0	0,3	1,0	1,5	12
≥5,0	0,8	0,7	1,2	0,7	0,2	7	0,0	0,0	3	0,0	0,4	0,5	5
≥10,0	0,2	0,0	0,2	0,3	0,0	0,0	4	0	0,0	6	0,0	0,0	0,9

≥20 ≥30

0,0 4

8 0,0 3

0,0 1

0,0 7

3 0,0 0

0 0,0 0 0,0 0

0,0 0 0,0 0 0,0 0 0,0 0

0,0 0 0,0 0 0,0 0 0,0 0

1 0,0 0 0,0 0 0,0 0

0,0 0 0,0 0

3 0,0 0

4 0,0 3

0,2

1 .Методика определения валового потенциала солнечной энергии

Валовый потенциал солнечной энергии региона – это среднемноголетняя суммарная солнечная энергия, падающая на площадь Юго-Восточных Каракум в течение одного года.

Регион представляется как совокупность участков, или зон, в каждой из которых интенсивность поступающего солнечного излучения и альбедо Земли, а также географические, климатические и погодные условия являются однородными по всей площади зоны. Количество зон в регионе, их положения и площади фиксируются в таблице [8,10,13].

В соответствии с определением валового потенциала по формуле необходимо получение данных по месячному приходу солнечной энергии на горизонтальную поверхность Е i ( i =1, 2, …, 12).

Рассчитанные данные вносятся в таблицу значения, которых Е i течение года по месяцам i =1–12.

Средний параметр угла наклона прямого солнечного излучения к нормали ‹cos θ› и месячный приход прямой солнечной энергии на нормально ориентированную поверхность за 10 часов (с 7 до 17 ч) [3,6].

= Eⁿⁱ = ( 1 - ^£ ) E =2187,95 кВ^ч/(м^мес.),                    (1)

OPi                                                ,

C cos U)   (COS U)

где E Оi , кВт·ч/(м ² ·мес.), – среднемноголетний приход солнечной энергии на единицу горизонтальной поверхности в i -й месяц года при безоблачном небе; E Пi , кВт·ч/(м ² ·мес.), – среднемноголетний приход прямого потока солнечной энергии на единицу горизонтальной поверхности в i -й месяц года; E i , кВт·ч/(м ² · мес.), – среднемноголетний приход солнечной энергии на единицу горизонтальной поверхности в i -й месяц года; ε- коэффициент излучения [4,6-8,10,13].

Суммарное поступление солнечной энергии на единицу горизонтальной поверхности в год за 10 часов в сутки (7-17 ч), Е , оказывается равным

Е = ^ E i = 1895,9 кВт^ч/(м²тод),                     (2)

i а валовый потенциал Северных Каракум на квадратный метр равен

W В =ES= 1844,6·S кВт·ч/год,                                     (3)

где S , м ² , - площадь.

2 . Методика определения технического потенциала солнечной энергии региона

Технический потенциал солнечной энергии региона – это среднемноголетняя суммарная энергия, которая может быть получена для региона от солнечного излучения в течение одного года при современном уровне развития науки и техники и соблюдении экологических норм.

Технический потенциал солнечной энергии представляет сумму технических потенциалов тепловой энергии и электрической энергии, получаемых соответствующим преобразованием солнечного излучения [6-10,13,15,16].

Технический потенциал электроэнергии от солнечного излучения. Исходные данные: к Ф= 1-к Т ; значения параметров фотоэлектрических солнечных батарей, характеризующие современный технический уровень: α=0,97; η 1 =0,13; χ=0,004 К ^-1 ; Т 1 =298 К; ‹λ›=40 Вт/(м ² ·К) [4,11,13].

Рассчитанные значения среднемесячной рабочей температуры Т i ,

^[«-^(1+й)]+Ж

(4) с использованием значений Т Оi ,Е i . Рассчитанные значения месячных технических потенциалов, приходящихся на единицу отводимой площади,

^^All-Zft-T,)!

Ьф                    =248,55 кВт·ч/год                   (5)

где S Ф =k Ф ·q·S , м ² , – площадь, отводимая под солнечные фотоэлектрические установки [10,11,13].

Суммированием по всем определяется потенциал W ТФ :

W ТФ = 248,55· S Ф , кВт·ч/год,                      (6)

3 .Методика определения экономического потенциала солнечной энергии региона

Экономический потенциал солнечной энергии региона – это величина годовой выработки тепловой и электрической энергии в регионе от солнечного излучения, получение которой экономически оправдано для региона при существующем уровне цен на энергии, получаемую от традиционных источников, и соблюдении экологических норм [5,8-10,13].

■ Wтфi 10,78 13,15 18,82 21,85 27,86 30,9 30,23 28,58 23,95 18,02 11,89 8,838

Рисунок 1– Гистограмма энергетического показателей валового (Еi), технических потенциалов преобразованную в электрическую энергию (Wтфi) в течение года в ЮгоВосточных Каракум

Определение экономического потенциала электроэнергии от солнечного излучения . Расчет экономического потенциала электроэнергии производится аналогично как и в вышеизложенном варианте.

Экономический потенциал i- го месяца определяется выражением:

^мЬ-Л-тЗМ70"25

кВт·ч/(м ² ·год).

где: V Фi , кВт·ч/(м ² ·мес.), – объем выработки энергии единицей площади солнечной батареи в i -й месяц равен 270,25 кВт·ч/(м ² ·год); Е Фi , кВт·ч/(м ² ·мес), – среднемноголетний приход солнечной энергии на единицу поверхности солнечной батареи в i -й месяц года равен 1354,58 кВт·ч/(м ² ·год); S ЭФ , м ² , – экономически целесообразная площадь установленных солнечных батарей [8-10].

На рисунке 2 приведен удельный объем выработки энергии единицей площади теплового коллектора и фотоэлектрического модуля по месяцам года, кВт⋅ч/(м ² ·мес.).

u 100

S 50

• ■    Ei

• ■    V фi

I II

74,5 91,912,7 14,2