Күн энергиясын жылу машиналардың көмегі арқылы электр энергиясына айналдыру

Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 39 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан республикасы білім және ғылым министрлігі
Қ.И. Сәтбаев атындағы Қазақ ұлттық техникалық зерттеу университеті
Ақпараттық және телекоммуникациялық технологиялар институты
Электроника, телекоммуникация және ғарыш технологиялар кафедрасы

Коксегенов Ерасыл Бахытбекович

Жиілігі 50 кГц, кернеуі 7 кВ электрқондырғысын күн энергиясымен қоректендіру

Дипломдық жобаға
ТҮСІНІКТЕМЕЛІК ЖАЗБА

5В071900 - Радиотехника, электроника және телекоммуникация мамандығы

Алматы 2019
МАЗМҰНЫ

Кіріспе

КІРІСПЕ

ХХІ ғасырдың басында адамзат дәстүрлі энергия көздерінің тозуы мен нашар өзгеруіне байланысты болашаққа бағытталған энергетикалық проблемаларды шешу проблемасына тап болды. Индустриалды елдерде жаңартылатын энергия көздеріне, соның ішінде күн және жел энергиясына негізделген жүйелерді дамытуға үлкен көңіл бөледі. Күн - сарқылмайтын, экологиялық қауіпсіз және арзан көз энергиясы. Сарапшылардың пікірінше, күн энергиясының мөлшері апта ішінде жер бетіне еніп, барлық энергиясы
әлемдік мұнай, газ, уран және көмір қорларынан асады. Академик Ж.И.
Алферова, адамзаттың сенімді табиғи реакциялық реакторы бар ол - Күн. Күн энергиясы таза және ол планетаның экологиясына кері әсерін тигізбейді.
Бүгін біздің пайдаланып отырған энергия көздері -- жер асты пайда қазба қорлары -- мұнай, көмір, табиғи газ барлық энергоқорлардың 90 %-на жуығын құрайды. Қазiргi уақытта әлемнің ғалымдары энергияның жаңа көзін жыл өткен сайын іздестіріп келуде. Атом энергетикасының келешегіне қауіп төніп, көптеген елдер баламалы қуат көздері туралы ойлана бастады. Әрине, көгілдір отын және көмірмен жұмыс істейтін станциялар да өндірілетін қуат арзан, бірақ олардың қоры шектеулі. Сондықтан да күн батареяларының қымбаттығына қарамастан, энергия өндіру бағытында қуат көздерін құру бүгінгі және болашақ үшін өте маңызды.
Істелінген жұмыстың көлемі мен құрылымы:
Бұл жұмыс кіріспеден, бес бөлімнен, қорытындыдан, қабылданған қысқартулаор тізбесі мен терминдерден және пайдаланылған әдебиеттер тізімінен тұрады.
Бірінші бөлімде күн және күн энергиясы туралы таныстыру жүргізіледі;
Екінші бөлімде
Үшінші бөлімде техникалық есеп жүргізіледі.

1.Күн және күн энергиясы

Күннің сәулеленуі - Жердегі энергия көзінің негізгі түрі. Оның қуаттылығы Күн тұрақтысымен анықталатындығы белгілі. Күн тұрақтысы - күн сәулесіне перпендикуляр болатын, бірлік ауданнан бірлік уақыт ішінде өтетін күннің сәуле шығару ағыны. Күн энергетикасы дегеніміз - дәстүрлі емес энергетика бағыттарының бірі. Ол күннің сәулеленуін пайдаланып қандай да бір түрдегі энергияны алуға негізделген. Күн энергетикасы энергия көзінің сарқылмайтын түрі болып табылады, әрі экологиялық жағынан да еш зияны жоқ.
Күн энергиясын электр энергиясына айналдыратын қондырғылардың бірі - Күн батареялары. Күн батареясы немесе фотоэлектрлік генератор - Күн сәулесінің энергиясын электр энергиясына айналдыратын шала өткізгішті фотоэлектрлік түрлендіргіштен тұратын ток көзі.
Күн энергиясын қолданысқа енгізу оңай емес. Ол ғылыми-зерттеу мен осы бағытта ерен физикалық еңбекті талап етеді. Сондай-ақ ауқымды инвестиция да қажет. Өйткені күн энергиясын алатын тиімді қондырғылардың құны да қымбат. Күн электр станциясы - экологиялық тұрғыда таза, дыбыссыз, қауіпсіз әрі пайдалануға ыңғайлы, оның үстіне өз құнын 100 % ақтайтын тиімді қондырғы. Жұмыс істеу мерзімі шамамен 30 жыл.
Күн сәулеленуінен электр энергиясы мен жылу алудың бірнеше әдістері бар:
-Электр энергиясын фотоэлементтер көмегімен алу;
-Күн энергиясын жылу машиналардың көмегі арқылы электр энергиясына айналдыру;
-Гелиотермальдық энергетика - Күн сәулелерін жұтатын беттің қызуы мен жылудың таралуы және қолданылуы;
-Термоәуелік электр станциялары;
-Күн аэростаттық электр станциялары;
Күн сәулесі энергиясының 30 % -ы Жердің жоғарғы атмосфералық қабатынан шағылысып, ғарыш кеңістігіне тарайды. Ал оның 70 % -ы жер асты жылуы мен теңіз тасқыны энергияларының қуатынан шамамен 3500 есе артық. Бұл өте көп энергия. Күннің жерге түсетін мол энергиясының бір бөлігі атмосфераға, мұхит пен құрлықтарға сіңеді. Температура төмендеген уақытта осы бөлігі жылу энергиясына айналады. Екінші бөлігі сулардың булануына және олардың айналып, қайта түсуіне шығындалады. Үшінші бөлігі теңіз және атмосфералық ағындарды туғызады. Ал төртінші - бір кішкене ғана бөлігін өсімдіктер бойына сіңіреді. Солай, жер бетінде ғажайып фотосинтез реакциясы жүреді.

Сурет №1. Күн батареяларының жұмыс істеу принципі.
Қазіргі заманға сай өмір сүру үшін инновациялық жобаларды өзімізде ойлап табу қажет. Фотоэлементтің Күн батареялары сияқты фотондар энергиясын электр энергиясына айналдыратын электрондық құрал екендігі анық. Сыртқы фотоэффект құбылысына негізделген ең алғашқы фотоэлемент физика ілімінде XIX ғасырдың аяғында пайда болды. Оны белгілі орыс ғалымы Александр Столетов жасап шығарған. Өндірістік масштабтардағы фотоэлементтердің пайдалы әсер коэффициенті орташа есеппен 16% болса, ең жақсы үлгілердікі - 25%, ал лабораториялық жағдайларда 43,5%-ға дейін жетеді. Фотоэлементтің жұмыс істеу принципі металдан (калий, барий) не жартылай өткізгіштен жасалған электродтың (фотокатод) бетіне электормагнит сәуле түсіргенде фотоэффект құбылысының пайда болуына негізделген. Фотоэлементтің сыртқы фотоэффект және ішкі фотоэффектқұбылыстарына негізделіп жасалған түрлері бар. Мысалы: сыртқы фотоэффектіге негізделгені электровакуумды фотоэлемент болса, ішкі фотоэффектіге вентильді, жартылай өткізгішті, жаппалы қабатты фотоэлемент түрлері негізделіп жасалған. Соның ішінде жартылай өткізгішті кремний кристалынан жасалған фотоэлементтер (пайдалы әсер коэффициенті 15%-ға жуық) ғарыштық ұшу аппаратының қоректендіру көзі ретінде радиациялық құбылыстарды зерттеуде, т.б. жағдайларда да пайдаланылады. Сондай-ақ бүгінгі кезде фотоэлементтерді әр түрлі көлік түрлеріне - қайықтарға, электромобильдерге, гибридті автокөліктерге, ұшақтарға, дирижабльдерге, т.б. орнату мүмкіндігі бар.
Италия мен Жапония сияқты мемлекеттерде фотоэлементтерді темір жол поездарының шатырына орналастырады. Соның ішінде Solatec LLC компаниясы Toyoto Prius гибридті автокөлігінің шатырына орналастыруға арналған жұқа қабыршақты фотоэлементтерді сатумен айналысады. Жұқа қабыршақты фотоэлементтердің қалыңдығы 0,6 мм ғана болғандықтан, ол автокөліктің аэродинамикасына еш әсерін тигізбейді. Күн батареялары мен фотоэлементтерден бөлек Күн энергиясын электр энергиясына айналдыратын адамзат ойлап тапқан құрылғыларға Күн коллекторлары, Күн электр станциялары, гелиожүйелер, т.б. жатады.
Күн батареяларында шикізат ретінде кремний қолданылады.Күн кремнийiнiң жоғары құны фотоэнергетиканың дамуын тежейтiн фактор болып табылатындықтан, әр түрлi елдердiң ғалымдары оның құнын төмендететiн кремнийдi алудың жаңа технологияларын әзiрлеуде. Алайда, күн кремнийiне сұраныс өте жылдам өседi және ұсыныстардан озық жүредi.
Энергияны фотоэлектрлі өзгерткіштердің жұмысы күн қуатын электр қуатына айналдыруға негізделген. Қазақстан үшін Халықаралық Энергетиктер Қауымдастығы ұсынған формула бойынша, алдын ала жасалған есептеулерге сәйкес шағын күн электр стансасын орнату нәтижесінде СО2 шығарындылары жылына 750 кг-ға азаятын болады. Қазiргi уақытта 2300 тонна ұсынған кезде сұраныс жылына 5-6 тоннаға жетедi, сондықтан күн кремнийiн емес, неғұрлым жоғары жартылай өткiзгiштiк сапасындағы кремнийдi пайдалану арқылы тапшылық жабылады.Осыған дейін күн батареялары Үстірт (Ақтау) және Ақжайық (Атырау) мемлекеттік табиғи қорықтарында орнатылған болатын. Аталмыш күн батареялары мемлекеттік инспекторлардың жұмыс тиімділігін арттыруға, жекелеген учаскелердің өзара байланысы үшін оларды тұрақты қысқа толқынды байланыспен (рациямен) қамтамасыз етуге, сонымен қатар қорықта мекен ететін түз тағысына әрі ұшып өтетін құстарға электр кернеуінен болатын әсерін төмендетуге мүмкіндік береді.

Cypeт №2. Kүн бaтaреялaрының құpылыcы
Қазақстанның бай минералдық-шикiзат базасының, дамыған металлургиялық және химиялық өнеркәсiбiнiң, елдiң бiрқатар өңiрлерiнiң энергиялық жоғары қамтамасыз етiлуiнiң, тиiстi ғылыми-техникалық әлеуетiнiң және жартылай өткiзгiш технологиялар саласындағы белгiлi бiр ғылыми бөлiгiнiң болуы тиiмдiлiгi жоғары жартылай өткiзгiш саланы ұйымдастыруға және жартылай өткiзгiш материалдардың әлемдiк нарығында тиiстi орын алуға жақсы мүмкiндiк бередi. Бұл материалдарды алудың бәсекеге қабiлеттi технологиялары мен құрылымдарын дамыту және жартылай өткiзгiш материалдардың ғылымды қажетсiнетiн өндiрiсiн құру Қазақстанды баламалы қуат көзi ретiндегi микроэлектроника бұйымдары мен фотогальваникалық жүйелер өндiрiсiнде жоғары дамыған елдердiң әлеуеттi серiктестерi қатарына шығарады.
Елбасы 2012 жылдың 5 қыркүйегінде Назарбаев университетінде оқыған интерактивті дәрісінде: кәсіби, білімді, ойлы, жаңалыққа құмар маман болып шығуды міндеттеді. Инновациялық жобаларды жүзеге асыру арқылы біз еліміздің бәсекеге қабілетті экономикасын қалыптастыруға жағдай жасаймыз. Бұл істе Елбасы жастарға үлкен үміт артуда.
Кесте 2. Қазақстан Республикасында электр энергиясын өндіру болжамы, млрд,кВт; 2013 ж.

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?
Жаһандану дәуірінде энергетикалық сұранысты қанағаттандыра алатын энергия көзі - күн энергиясын қолдану аясын кеңіту және оның мүмкін келешегін зерттеу ғылыми жаңалық болып отыр.
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 ғаламшараралық 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 температурасы 8·106 К-ге жақын, ал Күн бетінде 6000 К-ге тең. Неғұрлым дәл есептеулер 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 Вткг - ға тең, бұл шама көп емес, ол шамамен бір килограмм шіріген жапырақтардан шыққан жылу мөлшеріне тең. Бірақ жапырақта жинақталған химиялық энергия осылайша 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 энергиясындағы қор әлі миллиардтаған жылдарға жетуге тиіс.

Сурет № 3. Жаһандық күн сәулесі энергиясының болжамжық динамикасы, ГВт; 2015 жыл
Қазіргі кезде Күн энергиясы халық шаруашылығында - гелиотехникалық құрылғылар (жылыжай, саяжай, суқайнатқыш, сужылытқыш, кептіргіш сияқты әр түрлі қондырғылар) өте жиі қолданылады. Ойыс айнаның фокусында жиналған 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 қолданылуда. Біздің заманымызда табиғи таза энергия қоры - Күн энергиясын пайдаланудың негізгі екі бағыты бар:
күн энергиясын ішкі энергияға түрлендіру арқылы жылумен қамтамасыз ету;
күн энергиясын электр энергиясына түрлендіру.
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 энергиясын қолданысқа енгізу оңай емес. Ол ғылыми-зерттеу мен осы бағытта ерен физикалық еңбекті талап етеді. Сондай-ақ ауқымды инвестиция да қажет. Өйткені күн энергиясын алатын тиімді қондырғылардың құны да қымбат.
Жинағыш линзаның фокусына күн сәулесін жинақтау арқылы қағазды жандыруға болатынын бәрімізге бала кезден белгілі, ал линзадан жасалатын гелиоконцентраторлар өндірісте қолданбайды, себебі линза дайындау технологиясы 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 байқаймыз. Концентраторлардың айнасын шыныдан немесе жылтыратып өңдеп қаптаған алюминийден жасайды. 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.
Жарты ғасырдан артық уақытта ғалымдар күн энергиясын алу және пайдаланудың түрлі жолдарын іздестірді. Күн технологияларын 4 топқа бөлуге болады:
Активті - түрлендіргіштермен бірге электромоторлар, әр түрлі механизмдер қолданылады. Күн энергиясы жарықтандыруда, вентиляцияда, ыстық сумен жабдықтауда қолданылады.
Пассивті - активтіден жүйе контурында механизмдердің болмауымен ерекшеленеді.
Тура - күн энергиясын түрлендіретін бір деңгейлік жүйелер.
Жанама - қажетті энергия түрін алу үшін көп деңгейлік түрленулер мен трансформациялау жүйелері.
Күн энергетикасының пассивті технологияларын қолданудың бір әдісі тұрғын үйлер мен кеңселерді жарықпен қамтамасыз ету, электр шамдарының орнына күн сәулесін пайдалану.
1767 жылы Орас Бендикт де Соссюр күн сәулесінің күшімен тағам дайындайтын пешті құрастырды. Қазіргі кезде оның жетілдірілген түрі кеңінен қолданылады. Бұл құрылғы отынды пайдалануды алмастырып, экологиялық жағдайдың жақсаруына әсерін тигізеді.
Күнмен қыздыру құрылғыларын резервуардағы суды жылытуға, шаруашылық қажеттіліктеріне қолданады.
1-су жылытқыш - коллектор;2- ыстық су жинақтаушы бак;3-душ;4-ас бөлме; 5- жуынатын бөлме;
Кесте-4. Күн сәулесі ағынына перпендикуляр бағыттағы айлық және жылдық көрсеткіштері,
МДжм2 ; 2015 жыл

Күн энергетикасы қазіргі кезде қарқынды дамып келеді. Инженерлер тұтынушыларды осы саладағы жаңа жетістіктерімен қуантуда. Мысалы, SunRed компаниясының фотогальваникалық элементті электордвигательмен жұмыс істейтін Solar Bikе мотороллеры, Mitsubishi компаниясының күн және жел энергиясын пайдаланатын MiEV (Mitsubishi innovative Electric Vehicle) автомобилі.
Жоғары температуралы энергетикалық қондырғылар(t500 С) екі бағытта дамиды - бу турбиналы циклдік электр энергиясын өндіретін Күн электр станцияларын (КЭС) жасау және өте таза балқымаларды алу үшін (t~2000 -- 25000 С ) жоғары температуралы пештер.
АҚШ-та қуаты 10 МВт(э)Солар -1 КЭС жұмыс жасайды. Солар-2 жобалық қуаты 100 МВт (э) жобасы жасалынған. Ресейде қуаты 20 МВт (э) КЭС жасалынған.
Жоғары қаражат салымына қарамастан, қысқа уақытта Күн энергетикасы маңызды орынға ие болады. Энергетика көздерінің әр түрлі түрлерінің үлестік қатынасы органикалық отын қорымен анықталады.
Халықаралық қолданбалы жүйелік талдау институтының мәліметтері бойынша Батыс Европа елдеріндегі кедей табиғи ресурстармен Күн энергетикасының үлесі 2030 жылға қарай 7 %, ал XXI-ғасырдың аяғына қарай 38 % дан 86 % ға дейін жетеді. Ал, Қазақстан аумағында Күн энергиясын қолданудың келешегі жоғары болып табылады, қазірдің өзінде эксперименттік жобалар жүзеге асуда.
Үлкен өлшемді Күн батареялары Күн коллекторлары сияқты тропикалық және субтропикалық аймақтарда бүгінде кеңінен қолданылуда. Әсіресе, әдістің осы түрі Жерорта теңізі елдерінде көп тараған. Бұл елдерде Күн батареяларын үй шатырларына орналастырады. Ал Испанияда 2007 жылдың наурыз айынан бастап жаңадан салынған үйлер Күн су жылытқыштарымен жабдықтала бастады. Ол ыстық суға деген сұранысты 30%-дан бастап 70%-ға дейін қамтамасыз ете алады.
Жылма-жыл Күн батареяларының түрлері жаңа технологиялық тұрғыдан жетілдіріліп, толықтырыла түсуде. Соңғы уақытта Санта-Барбарадағы Калифорния университетінің полимерлер және органикалық қатты бөлшектер орталығының мүшесі, Нобель сыйлығының лауреаты Алан Хигер мен Гванджудағы Корей ғылым және технология институтының ғылыми қызметкері Кванхе Ли мен олардың әріптестері тандемдік полимерлі Күн батареяларын жасап шығарды. Жаңа батареялар авторлары спектрдің кеңірек диапазонын қолдану үшін жұтылу сипаттамалары әр түрлі екі фотоэлектрлік ұяшықтарды бір бүтінге жалғастырды. Нәтижесінде батареяның пайдалы әсер коэффициенті 6,5%-ға тең болды. Күн батареясының бұл түрі өзінің арзандылығы және оны жасаудағы қарапайымдылығымен ерекшеленеді.
Фотоэлементтің Күн батареялары сияқты фотондар энергиясын электр энергиясына айналдыратын электрондық құрал екендігі анық.
Сыртқы фотоэффект құбылысына негізделген ең алғашқы фотоэлемент физика ілімінде XIX ғасырдың аяғында пайда болды. Оны белгілі орыс ғалымы Александр Столетов жасап шығарған. Өндірістік масштабтардағы фотоэлементтердің пайдалы әсер коэффициенті орташа есеппен 16% болса, ең жақсы үлгілердікі - 25%, ал лабораториялық жағдайларда 43,5%-ға дейін жетеді. Фотоэлементтің жұмыс істеу принципі металдан (калий, барий) не жартылай өткізгіштен жасалған электродтың (фотокатод) бетіне электормагнит сәуле түсіргенде фотоэффект құбылысының пайда болуына негізделген. Фотоэлементтің сыртқы фотоэффект және ішкі фотоэффектқұбылыстарына негізделіп жасалған түрлері бар. Мысалы: сыртқы фотоэффектіге негізделгені электровакуумды фотоэлемент болса, ішкі фотоэффектіге вентильді, жартылай өткізгішті, жаппалы қабатты фотоэлемент түрлері негізделіп жасалған. Соның ішінде жартылай өткізгішті кремний кристалынан жасалған фотоэлементтер (пайдалы әсер коэффициенті 15%-ға жуық) ғарыштық ұшу аппаратының қоректендіру көзі ретінде радиациялық құбылыстарды зерттеуде, т.б. жағдайларда да пайдаланылады. Сондай-ақ бүгінгі кезде фотоэлементтерді әр түрлі көлік түрлеріне - қайықтарға, электромобильдерге, гибридті автокөліктерге, ұшақтарға, дирижабльдерге, т.б. орнату мүмкіндігі бар. Италия мен Жапония сияқты мемлекеттерде фотоэлементтерді темір жол поездарының шатырына орналастырады. Соның ішінде Solatec LLC компаниясы Toyoto Prius гибридті автокөлігінің шатырына орналастыруға арналған жұқа қабыршақты фотоэлементтерді сатумен айналысады. Жұқа қабыршақты фотоэлементтердің қалыңдығы 0,6 мм ғана болғандықтан, ол автокөліктің аэродинамикасына еш әсерін тигізбейді. Күн батареялары мен фотоэлементтерден бөлек Күн энергиясын электр энергиясына айналдыратын адамзат ойлап тапқан құрылғыларға Күн коллекторлары, Күн электр станциялары, гелиожүйелер, т.б. жатады.
Жоғарыда келтірілген мысалдардан біз адамзат үшін Күн энергетикасының ауадай қажет екенін түсінеміз. Күн энергиясын пайдаланудың өзіндік артықшылықтарымен қатар кемшіліктері де бар. Атап айтсақ,
артықшылықтары:
-күн энергиясы бәріне бірдей қолжетімді;
-ол сарқылмайды;
-қоршаған ортаға қауіпсіз;
Kемшіліктері:
-ауа райы мен тәуліктің уақытына тәуелді;
-Күн энергиясын алу үшін қолданылатын құрылғылардың қымбаттылығы;
-оны шағылдыратын бетті периодты түрде тазалап отыру қажет;
-электр станциясының жанында атмосфера ысып кетеді;
-энергияны аккумуляциялау қажет.
Соған қарамастан Күн энергетикасына деген сұраныстар жыл сайын артып келеді. Әр елдің ғалымдары осы қосымша энергия түріне ерекше мән беріп, оны дамыту жолдарын қарастырумен айналысуда. Осыған орай Күн энергиясын электр энергиясына айналдыратын құрылғыларды пайдалану деңгейі жылдан-жылға өсіп келеді. Мысалы: 2005 жылы жұқа қабыршақты фотоэлементтер нарықтың 6%-ын құраса, 2009 жылы бұл көрсеткіш 7%-ға жетті, ал 2010 жылы 8%-ға, ал 2011 жылы 16,8%-ға дейін өсті. Яғни 2009 жылдан 2015 жылға дейін жұқа қабыршақты фотоэлементтер өндірісі жыл сайын орташа есеппен 80%-ға өсіп отыр. Ал Күн энергиясының Еуропа елдерінде қолданылуына шолу жасасақ, 2010 жылы Германияда электр энергиясының 2%-ы фотоэлектрлік құрылғылардан алынса, Испанияда бұл көрсеткіш 2,7%-ды құрайды.

Сурет №3. Күн энергиясын пайаланатын құрлғыларды қолдану көрсеткіші
Күн энергиясын күнделікті тұрмыста кеңінен пайдалану - бүгінгі күннің өзекті мәселелерінің бірі. Әсіресе, бұл мәселенің түбегейлі шешілуі қазіргі уақытта дүние жүзінде мұнай мен газ секілді отынның күннен-күнге қымбаттауынан туындап отырған негізгі проблемалардың толықтай шешімін табарына өз септігін тигізері сөзсіз. Себебі, осыдан 50 жылдай бұрын американдық ғалым Кинг Хуббертс айтқандай: ... Мұнай тек оны өндіруге кеткен электр энергиясы одан өндірілетін электр энергиясынан аз болған кезге дейін ғана электр энергиясының негізгі көзі ретінде саналады. Ал бұдан кейін мұнай өндіру оның бағасына қарамастан тоқтатылады. Ғалымдарымызға бұл тұжырым К.Хуббертстің заңы деген атпен белгілі.
Көмірсутекті өнімдердің өте көп өндірілуі климаттың өзгеруіне, жылыжайлы эффектінің қалыптасуына әкелетіні шындық. Аталған жайттар Жер шарының көптеген аймақтарында қазірдің өзінде-ақ байқалып отыр. Сондықтан да дүние жүзі ғалымдары бұл тығырықтан шығудың жолдарын ғылыми-тәжірибелік тұрғыдан қарастыруда. ҚР Ұлттық инженерлік академиясының академигі Надир Надиров пікіріне сүйенер болсақ: ... Күн энергетикасы көмегімен адамзатқа төніп тұрған аталған қауіптен құтылуға болады. Осымен байланысты ҚР-да дүние жүзіндегі озық тәжірибелерді пайдалана отырып мемлекет тарапынан электр энергиясын мұнай мен газға альтернативті энергетика ретінде Күн энергиясынан алуға баса назар аударылып отыр
Өткен ғасырда ғылыми техникалық прогресстің арқасында адамзат біраз табыстарға қол жетті. Табиғаттан алатынынымыз көп, беретініміз аз болды. Бүгінгі таңда әлемнің ғалымдары энергияның жаңа көзін жыл өткен сайын іздестіріп келуде. Сарқылмайтын дүние жоқ. Уран да сарқылатын отынға жатады. Атом энергетикасының келешегіне қауіп төніп, көптеген елдер баламалы қуат көздері туралы ойлана бастады. Әрине, көгілдір отын және көмірмен жұмыс істейтін стансаларда өндірілетін қуат арзан, бірақ олардың қоры шектеулі. Сондықтан күн батареялары мен жел стансаларының қымбаттығына қарамастан, энергия өндіру бағытында жаңғыртылатын қуат көздерін құру бүгінгі және болашақ үшін өте маңызды. Менің ойымша, елімізде күн сәулесі болашақтың сарқылмас энергиясы бола алады. Мысалы күн энергиясын пайдалануға толық мүмкіндігіміз бар.
Оңтүстік облыстарда бір жылдың ішінде 180-250 рет күн ашық болып, орташа температура 370С құрайды. Бұл дегеніңіз біз үшін, ең тұрақты, ең арзан, таусылмайтын энергия көзі күн сәулесінің энергиясы болмақ деген сөз. Күн сәулелерін шоғырландырып, оларды кремний батериясына бағыттау жарық сәулесін өзгертіп, электр энергиясына айналдырады.
Еліміздің энергетика саласындағы кешенді мәселелерді шешу тек пайдаланыстағы активтерді қалпына келтіріп, көмірсутегі шикізаттарына тәуелді жаңа энергетикалық қуаттарды ашып қана қоймай, еліміздің энергетикалық балансын баламалы қуат көздерімен толықтыруға да тікелей байланысты. Қазақстанның географиялық қоныстану аймағы жел, күн және су энергиясын молынан пайдалануға мүмкіндік береді. Сонымен бірге, қазақ даласында геотермальдық энергия көздері де жетерлік. Дүние жүзінде энергетикалық қуат көздерінің балама түрлерін пайдалануға деген бетбұрыс әлдеқашан басталған. Ғалымдардың болжамы бойынша, ХХІ ғасырдың ортасына таман жаһандық энергетикалық баланстағы баламалы қуат көздерінің үлесі 30 пайызға дейін жетпек.
Алматы облысындағы Сарыбұлақ ауылында күн электростанциясы салыныпболып, іскекірісіпкетті.Құрылыс БҰҰ-ныңқ олдауымен жүргізілді.
1 гектар жерді алып жатқан гелиостанция 20 метрлік 6 панельден құралған. Станция сағатына 52 киловатт электр энергиясын өндіріп тұр.
Жыл қорытындысының деректері бойынша 2011 жылы елімізде балама көздер арқылы алынған электр энергиясы қуатының мөлшері 423 миллион кВтсағ.-қа тең болып отыр. Бұл теңізге тамған тамшыдай ғана. Ұлттық инновациялық қор АҚ-тың Қазақстан энергетикасындағы балама қуат көздерін зерттеу жөніндегі деректеріне сүйенсек, қазіргі еліміздің энергетикалық әлеуетінде ЖЭО-ның өндіретін электр энергиясының үлесі 88 пайызды, гидроэлектр стансаларының үле - сі 12 пайызды құраса, балама энергетикалық қуат көздерінен алынатын электр энергиясы 0,02 пайызды құрайды екен. Солай бола тұрса да, елімізде балама қуат көздері, атап айтқанда, жел, күн және су сияқты балама қуат көздері энергетикалық ресурстарының едәуір бөлігін бере алады.
Күн энергиясын қолданысқа енгізу оңай емес. Ол ғылыми-зерттеу мен осы бағытта ерен физикалық еңбекті талап етеді. Сондай-ақ ауқымды инвестиция да қажет. Өйткені күн энергиясын алатын тиімді қондырғылардың құны да қымбат.
Қазақстанда күн энергиясын, қайтарымды қуат көздерін дамытуға толықтай негіз бар. Жағрафиялық, күн сәулесінің түсу мерзімі мен ұзақтығы жағынан да мүмкіндіктер жеткілікті. Әсіресе еліміздің оңтүстік аймағына токтың осы балама көзін пайдаланған ұтымды. Ұзақ уақыт бойы бұл энергия түрін дамытуға Еуропа мен АҚШ атсалысып келеді. Алмания ғалымдары 2050 жылы өз елінде пайдаланатын энергияның 80 пайызы қайтарымды қуат көздерімен, соның ішінде күн энергетикасымен қамтылатынын мәлімдеді. Мемлекетіміз күн энергиясын дамытуға қатысты арнайы бағдарлама қабылдап, ғалымдарды осы іске жұмылдырып, жағдай жасаса жеткілікті. Ондай жағдайда күн энергиясын елімізде дамытуға толықтай мүмкіндік бар.
Қуат жетіспеушілігі мәселесін шешудің бір амалы - қуатты үнемдеу. Қуатты үнемдеуге бағытталған шаралар Қазақстандағы нағыз балама қуат көздері болып табылады. Энергия мен қорларды үнемдейтін технологияларды дамыту барған сайын өзекті мәселеге айналып барады.
Елімізде энергияға сұраныстың жай-күйі British Petroleum статистикасына сүйенсек, 1900 жылдан бері адамзат саны -- 4 есе, нақты табыс -25 есе, ал энергияны тұтыну 22,5 есе өсіпті. Яғни, тұрғындар саны мен табыстың өсуі энергияға сұранысты арттырады. Соңғы жиырма жылдың ішінде әлемдегі халықтың саны 1,6 млрд-қа артып, ал нақты табыс 87 пайызға өскен. Келесі онжылдықта 100 пайызға жететініне күмән болмаса керек-ті. Жер тұрғындарының саны өскен сайын қажеттілік те артады. Еліміздегі энергетика секторының соңғы жылдардағы статистикасына сүйенсек, жалпы өндірілетін электр энергиясына шаққанда жылу электр стансалары - 87 пайызды, су электр стансалары - 12 пайызды, басқалары - 1пайызды құрайды екен.

Сурет №4. Күн сәулесі қуатын өндірудің 2012 жылы белгіленген көрсеткіші
Балама энергия көздерін қолдану 1973 жылы мұнай дағдарысынан кейін басталды. Көмірсутегінің бағасы күрт қымбаттап, көптеген Еуропа елдері балама энергия көздерін пайдалануға бет бұрды. Мәселен Дания, Испания, Германияда жел энергетика саласын дамытуға ден қойды. Қазіргі таңда бұл мемлекеттердің энергетика секторындағы жел қуатын кәдеге жарату 20 пайызға жетіп отыр. Әлемдік деңгейде бұл өте жақсы көрсеткіш.
Республикамызда баламалы энергия көздерін дамытуға қолайлы жағдай жеткілікті. Әсіресе, географиялық орналасу жағдайына қарай күн энергиясын пайдаланудың мүмкіндігі мол. Мәселен, Қазақстанда жылдық күн энергиясының потенциалы 340 млрд тонна шартты отынды геотермалды қуат күші 100 млрд тонна шартты отынды, ал гидроэнергияның әлеуеті 170 кВт-ты құрайды. Мал және құс қиларын қайта өңдеу арқылы 2 млн тоннаға жуық биогаз алуға болады. Жел энергиясының потенциалы жылына 1820 млрд кВт.сағатты құрайды. Жел ресурстары бойынша ТМД елдерінің қатарында Ресей мен Тәжікстаннан кейін үшінші орынды иемденеміз. Жаңғыртпалы энергия көздерін игеру үшін мемлекет тарапынан қолдау көрсетілуде.
Қазіргі мемлекеттерде энергия тапшылығы байқалуда. Бұрыннан пайдаланып келе жатқан көмір, мұнай, табиғи газ сынды энергия көздерінің сарқылуы немесе қорының азаюы, қоршаған ортаға тигізетін зиянды әсерінің күн санап артуы адамдарды бей-жәй қалдырмады. Бүкіл әлем Энергия тапшылығынан құтылып, қоршаған ортаны ластамайтын альтернативті энергия көздеріне қол жеткізуге кірісіп кетті.
Еліміздегі энергетиканың салалық бағдарламалары бойынша 2014 жылы баламалы энергия қуатын өндіру көлемі 1 пайызға жетуі керек. Бұл салаға 2011-2014 жылдар аралығында 7 млрд доллар инвестиция жұмсалады.
Бұл, әрине, баламалы энергия көздерін игерудің тамаша бастамасы. Алайда, тың өндіріс саласы болғандықтан, оны дамытып, түбегейлі зерттеу, қолданысқа енгізу өзекті мәселе болып отыр.
Қазақстанда балама энергия көздерін қалыптастыру үшін әр аймақтың географиялық ерекшелігіне, экономикалық жағдайына байланысты инновациялық бастамаларды енгізудің екшеліп сараланған үлгісі болуы да маңызды нәрсе. Экономикалық, сапалық, экологиялық тиімділігі негізделіп, еліміздің қай өңірінде қандай балама энергия көзін қолдану керектігі айқындалып, бекітілуге тиіс.
Бұл үдерістен Қазақстан да артта қалған жоқ. Елбасы Қазақстан-2050 Стратегиясы - қалыптасқан мемлекеттің жаңа саяси бағыты атты Жолдауында: Біз энергияның баламалы түрлерін өндіруді дамытуға, Күн мен желдің энергиясын пайдаланатын технологияларды белсенді енгізуге тиіспіз,- деген еді.
Қазіргі уақытта жел мен Күн сынды баламалы энергия көздерін пайдалану -- жоғары дәрежеде деп айту қиындау. Өйткені мамандардың есебі бойынша елімізде жалпы жаңғыртылатын энергия көздерінің үлесі бір пайыз екен. Бүгінде Қазақстанның жер қойнауы табиғи қазбаларға бай болғандықтан энергия тапшылығы айтарлықтай байқалмайды. Дегенмен баламалы энергия көздері ол болашақтың қажеттілігі екені сөзсіз.
Қазақстанның климаттық жағдайы -- күн қуатын пайдалануға қолайлы. Ғалымдардың айтуынша елімізде күн энергиясын өндіру мүмкіндігі жылына 2,5 миллиард киловатт-сағат. Бұл отандық ғалымдарды жаңа жобаларды жасауға жетелеп отыр. Мәселен, күн сәулесін жинайтын арнайы тақталар. Толық автоматтандырылған аталмыш тақтайшалар ғимараттан шықпай-ақ, күн сәулесінің түсу бұрышын анықтап, оны компьютер арқылы басқаруға мүмкіндік береді. Алматы энергетика және байланыс университетінің, Шағын энергия көздерін жаңғырту зертханасының қызметкерлері мен магистранттары жасап шыққан бұл тақта күннің энергиясын үнемдеп қана қоймай, оны энергияның басқа түріне ауыстыруға мүмкіндік береді екен. Ал өз кезегінде күн энергиясын қолдану жылу мен жарықты қатар алуға мүмкіндік береді. Бұл арзан әрі қолайлы. Сондықтан ол қазақстандық ғалымдардың басты назарында.
Баламалы энергия көзін өндіруге қажетті құралдың тағы бір түрі - желдік роторлық турбина. Оны Альберт Болотов ойлап тапқан. Бүгінде отандасымыздың еңбегі вертикальды роторлы турбина Қазақстаннан тыс көптеген елдерде қолданылып келеді. Оны Ресей, Қырғызстан және Корей елдері пайдалануда. Себебі алыс жерлерге электр энергиясын жеткізу өте қиын болғандықтан, алыс аймақтарға вертикальды роторлы турбинаны қою өте ыңғайлы.
Бүгінде баламалы электр энергиясын өндіру озық әлемдік технологияларды енгізуге және энергетикалық тиімді бағдарламаларды іске асыруға мүмкіндік беретіні сөзсіз. Сондықтан, баламалы энергия көздеріне қазірден бастап баса назар аударылуы тиіс.
Соңғы жылдары елімізде де қалпына келетін энергия көздеріне энергетикалық кешенді дамытудың бір тармағы ретінде қарай бастады. Мемлекет пен бірқатар бизнес құрылымдар тарапынан оны қолданысқа енгізуге зор күш салынып жатыр. Оның өз жөні бар. Ең алдымен, қайта қалпына келетін қуат көздерін тиімді пайдалану энергияны үнемдеуге мүмкіндік берсе, екіншіден экологиялық мәселелердің түйінін тарқатады деуге болады. Қазақстанда қалпына келетін энергия көздерінің тұрақты кешенін құру мемлекеттің тікелей қатысуымен жүзеге асатын шаруа болғандықтан, бұл мәселе үкімет деңгейінде қолға алынған. Қазақстан қалпына келетін энергия көздерін пайдалануда зор әлеуетке ие.
Зерттеулерге сүйенсек, Қазақстанның жалпы су әлеуеті жылына 170 млрд кВтсағатқа жетеді екен. Солай бола тұра, қазіргі таңда Қазақстанның басты қуат көздеріндегі СЭС-тің үлесі тек 12,3%-ды құрайды. Әрине, бұл көрсеткіш экономикасы дамыған елдермен салыстырғанда айтарлықтай төмен. Дегенмен, бұл салада жүргізілген жұмыстар нәтижесіз емес, Қазақстан бірнеше, атап айтсақ, қуаты 300 МВт-қа тең Мойнақ СЭС-і, 49,5 МВт-ты құрайтын Кербұлақ СЭС-і мен қуаты 68,25 МВт Бұлақ СЭС-і сияқты ірі жобаларды іске асыруды бастап кетті.
Географиялық орналасуы жағынан Қазақстанның жел энергетикалық әлеуеті де жоғары, жылына 0,929-дан 1,82 млрд кВтс-қа жетеді. БҰҰ-ның Жел энергетикасы бойынша даму бағдарламасы аясында жүргізілген зерттеулер Қазақстанның бірқатар өңірлерінде, яғни 50 мың шаршы метрге тарта аумақта желдің жылдамдығы 6 мс-тан асатынын дәлелдеп берді. Бұл ретте, Жоңғар қақпасының жел энергетикалық ресурстары мен Балқаштың климаттық жағдайы ерекше маңызға ие. Балқаш өніріңде Сарыарқаның аңызық желі үздіксіз соғып тұрады.
Жалпы, қалпына келетін дәстүрлі емес жел энергиясының келешегі зор, экологиялық таза, қоры ешуақытта сарқылмайды, әрі арзан, тиімді. Оларды пайдалану табиғат баланстарын бұзбайды. Сол себепті, еліміз 2011 жылдың наурызында Жамбыл облысында екі бірдей ірі жобаны - Жаңатас (400 МВт) және Шоқпар (200 МВт) жел энергетикалық кешенін іске асыру жұмыстарын бастады. Олардың құрылысына құйылған инвестиция көлемі 1 млрд долларға жуықтады. Сонымен қатар, 2014 жылға қарай мемлекеттің қолдауымен 51 МВт қуаттылықпен Шелек дәлізі, Жоңғар қақпасы (алғашқы кезеңде 50 МВт) аумағында, ШҚО Ұлан ауданында (24 МВт) және өзге де өңірлерде жел энергетикалық кешені құрылысын жүргізу жоспарланып отыр.
Желді адамдар мыңдаған жылдар бойы энергия көзі ретінде пайдаланып келді. Жел энергиясы арқылы желкенмен жүзген. Дәнді-дақыл өнімдерін ұнтақтау үшін жел диірменін пайдаланды, қажеттілігіне жаратты. Осыдан-ақ адамзат үшін жел энергиясының ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.