Аймақтың климаттық көрсеткіштері

Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 49 бет
Таңдаулыға:

МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ 3
1. ДӘСТҮРЛІ ЕМЕС ЭНЕРГИЯ КӨЗДЕРІНІҢ ПАЙДАЛАНУ ЖОЛДАРЫНА ТЕХНИКАЛЫҚ
САРАПТАМА 7
1.1 Қазақстандағы жел ресурстары бар аймақтарды аудандастыру 7
1.2 Желэнергиясын қолдануының мүмкін болатын бағыттары 14
1.3 Есептік зерттеуге қажетті берілген мәліметтер 17
1.4 Жел ресурстаын анықтайтын көрсеткіштер 19
2. ЖЕЛ ЭНЕРГЕТИКАЛЫҚ КЕШЕНІНЕ КАДАСТРЛЫҚ СИПАТТАМА ЖӘНЕ ЖЕЛ ҚОНДЫРҒЫСЫНЫҢ
ШЫҒЫСЫНДАҒЫ ПАЙДАЛЫ ӘСЕР КОЭФФИЦИЕНТІНІҢ ЕСЕПТЕУ МОДЕЛІ 22
2.1 Жел кадастрының негізгі сипаттамалары 22
2.2 Жел энергетикалық қондырғының шығысындағы пайдалы әсер
коэффициентінің есептеу моделі 26
2.3 Жел энегиясының техникалық потенциалы 29
3. ЖЕЛ ЭЛЕКТР СТАНЦИЯ МОДЕЛІНІҢ МАТЕМАТИКАЛЫҚ ЖӘНЕ ЖҰМЫСТЫҚ ЕСЕБІ 29
3.1 Жел электр станциясының қалақша бетіне әсер ететін жел күшінің әсерін
есептеу 29
3.2 Идеал желдіктің есептеу сызбасының түзілуі 31
3.3 Жел электрстансасының энергетикалық көрсеткіштерінің есептік зерттеу
алгоритмі 38
4 ЖЕЛ ЭЛЕКТРСТАНСАСЫНЫҢ ЭЛЕМЕНТЕРІН ЖӘНЕ ЭЛЕКТРЛІК СҰЛБАСЫН ТАҢДАУ 41
4.1 Жұмыс тәртіптері бойынша желгенераторларын классификациялау 41
4.2 Желстансасының элементтерін таңдау 46
4.3 Желгенраторын таңдау 47
4.4 Жел электрлік стансасының электрлік сұлбасы және іс-әрекет принцпі
50
5. ЖЕЛ ЭНЕРГИЯСЫНЫҢ ЭКОНОМИКАЛЫҚ ПОТЕНЦИЯЛЫН АНЫҚТАУ ӘДІСТЕМЕСІ 53
5.1 Жел энергиясының экономикалық потенциялын анықтау әдістемесі 53
5.2 Қаратау ЖЭС үшін автономды энергоқондырғыларды қолдануының эканомикалық
тиімділігі 55
5.3 Экономикалық потенциалды анықтау әдістемесі 57
Қорытынды 62
Қолданылған әдебиеттер тізімі 63

КІРІСПЕ

Қазақстан Жер шарының 40- 50 градустық солтүстік ендік аралығында
орналасқан және батыстан шығысқа 2995 км, солтүстіктен оңтүстікке 1600 км
созылып жатқан аймақта. Сондықтан, Қазақстан аймағы қоңыр салқын белбеудің
орталық, оңтүстік ендіктерінде, сонымен қатар субтропикке ауысу жолағында
орналасқан.
Қазақстанның географиялық орналасу сипаттмасының ерекшелігі оның
аймағының көп бөлігі Орталық Азия аймағында болуы және терең ішкі
континенталды деңгейде болу саласында. Қазақстан климатының негізгі
ерекшелігі оның күрт континенталдылығы мен қуаңшылығы болып
табылады.Климаттың тегіс болігі аймақтың географиялық орналасуымен,ал таулы
аудандар-тік аймақтылық заңымен келісілген.
Аса энергетикалық мағыналығының бірі ол Оңтүстік Қазақстан Қаратау
өлкесі аймағындағы жел және күн энергетикалық ресурсының молдығы болып
табылады.
Күн энергиясының потенциялы
Анықтағанымыздай Қазақстан аймағында күннің жылдық сәулелену ұзақтығы
жеткілікті жоғары (3100 сағатқа дейін). Сондағы 2800-3100 сағат бойы күн
сәулеленуі бақыланатын аймақ 1900,5 мың.км бұл жалпы Қазақстан ауданының
70% құрайды.
Перпендикуляр күн сәулесінің бетіне келетін тікелей күн радиациясының
жылдық қосындысы еліміздің солтүстігінде 100-116 ккалсм тең, ал орталықта-
131-145ккалсм, шөлейтті және жартылайшөлейттітерде-146-175 ккалсм аса[1].

Осы түрдегі ашық аспандағы күн радиациясының жылдық қосындысы 250, 1-
265,0 және 265, 1-295, 0 ккалсм сәйкесті түрде өседі.
Тікелей түсетін күн радиациясының жылдық қосындысы елдің
солтүстігінде 50-60 ккалсм, орталықта-71-80,шөлейт және жартылай шөлейтте
жерлерде 81-110 ккалсм. Ашық аспан кезінде бұл өлшемдері 120,120-140,140-
150 ккалсм құрайды және онда аса дейінгі сәйкестікте өседі. Қазақстанның
климаттық ерекшеліктеріне сәйкес шашыраңқы радияцияның жылдық қосындысы,
тікелей радиациядан өзгешілігі керісінше ол елдің солтүстігінде 51-53, ал
оңтүстікте 45-47 ккалсм2, жазда 5,0 ккалсм2 дейін төмендейді. Жазда ашық
аспандағы радиация барлық Қазақстан үшін шамамен бірдей салыстырмалы үлкен
емес 3-4,0 ккалсм2 .
Радиация балансының құраушы бөліктерін қарастыра отырып және соңғысын
толық сипаттай отырып елдің барлық аймақтарына жылу келіп отырғанын және
оның жылдық мөлшерінің құптарлығын ескеру керек және Қазақстанның жазық
аймақтары үшін 38,4-53,5 ккалсм2 құрайды ал тауларда және орталық
Қазақстандағы кіші жоталарда, құламалық пен бауырайлардың бағдарлануына
байланысты қыста немесе жазда 100-300 ккалсм2 дейін жете алады. Жаздық
айларда жазықтарында күн сәуленуін бағалаудағы қатынасы 80-93 % құрайды.
Сол себептен, Қазақстанда күн энергиясы оңтүстікке қарай аймақтарда 50
солтүстік ендіктерде қарқынды қолданылуына болады.
Мұндай аймақтарға Ақтөбе, Орал, Қарағанды, Семей облысы, Атырау,
Қызылорда, Оңтүстік-Қазақстан облысы, Жамбыл, Алматы облысы және Павлодар
облысының оңтүстік бөлігі жатады[12].
Желэнергиясының потенциалы
Қазіргі уақытта әлемдегі жел энергетикасының жандануы екі негізгі
бағдармен жүргізілуде :біріншісі жел энергетикалық қондырғы (ЖЭҚ) аз қуатты
100 кВт дейінгі, екіншісі бірлік қуаты 1-10 МВт класы бар ЖЭҚ базасында
энергожүйелерімен бірге жұмыс істейтін және жел энергиясының өндірістік
қолданылуын қамтамасыз ететін ірі ЖЭС жасау.
Екінші бағытқа 100-ден 1000кВт орташа қуатты ЖЭҚ жасау жатады. Олар
жүйелік желэнергетика қажеттілігіне қолданылуына мысалы, оқшауланған жүкті
дизельді электро станциялармен параллель жұмыс істегенде.
Әлемдегі желэнергиясын қолданудан көшбасшы деңгейді АҚШ алып отыр,
мұнда ЖЭҚ шамамен 18 мыңы , қуаты 1500 МВт болатын жұмыс істейді.
Желэнергетиканың аса жоғары дамуына қолайлы шарттары бар мысалы
Колифорнияда орнатылған ЖЭҚ қуаты 49 кВт-тан 111 кВт дейін артты,
қондырғының бірлік қуаты 150-ден 750 кВт дейін өсіп отыр [10].
Колифорния штатындағы энергетикалық комиссиясының мәліметтері бойынша,
1985 ж аймағында қуаты 690 МВт болатын 8469 ЖЭҚ жұмыс істеді.1987 ж
соңында Колифорнияда жалпы жүйеге шамамен 17 мың қуаты 1400 МВт ЖЭҚ
жұмыс істеді.
Оның жылдық энергия өндірулігі шамамен 600ГВт*сағ, штаттың энергия
тұтынуының 2% құрды. ЖЭҚ жабдықтау шығыны 1500-2000 долл.кВт құрды, бірақ
2000 ж бұл көрсеткіш 1000 доллкВт дейін төмендеуі керек.
Ғалымдардың негізгі жұмыстарының бағыты жел агрегатының ПӘК-н және
сенімділігін жоғалтуға бағытталған. Колифорния штатының жалпы
желэнергетикалық потенциялы 13 мың МВт бағаланған және АҚШ-тың төрт атомды
электро станцияларына сәйкесті.
Қазіргі уақытта аса өрістелген кіші және орта қуатты желэнергетика
агрегаттары 1990 ж тәжірибелік ЖЭҚ жасау аяқталып, оларды сынау және
тәжірибелік эксплуатциялау басталды. Қуаты 100 кВт және одан асатын ЖЭҚ
АҚШ,Данияда, Ұлыбританияда, Канадада ,ФРГ, Швецияда, Нидерландыда,
Франциядасалынған. Сондай-ақ АҚШ, ФРГ, Дания және Швецияда қуаты 2000 кВт
асатын ЖЭҚ ие болған[2]..
Қазақстан териториясы салыстырмалы бай жел энергетикалық ресурстармен
сипатталады. Оның потенциялы жаңашыл электротұтынуда 100 есе жоғары.
Бағаланған есептеулер жер бетінен 10 м биіктіктегі жел энергиясын 1м2
әуелік ағын қимасы 4000кВт*сағм2 құратынын көрсетті. Орта жылдамдығы 8-
10мс болатын жоғары потенциялды 10 аудан бар, ал еуропалық жел станциялары
4-5мс жылдамдықпен жұмыс істейді.
Қазіргі кезде кейінгі мәліметтерге қарағанда Қазақстанда Жонғар және
Қаратау аймақтарында желдің энергетикалық рессурстары өте жоғары.
Міне осы салады ғылыми ізденіс жұмыстарын жүргізу болашақта
Қазақстанның энергетикалық тәуелділігін төмендетуге және экологиялық
мәселесін шешуге толық мүмкіндік бар
Сондықтан дипломдық жұмыста қарастырлатын мәселелер Қазақстанның
Оңтүстік аймағына жоспарланған Қаратау-Ұғам энергетикалық кешенінің
техникалық шешімдерін қарастыру болып табылады. Бұл бағыт экологиалық
және экономикалық тұрғыдан алғанда өте өзекті мәселе болып табылады[6].

Зерттеу жұмысының өзектілігі. Қайта жаңғырылатын энергия көздерін қазіргі
кезде пайдалану қазіргі кездегі өзекті негізгі фактор болып табылады, ол
өнеркәсіп тиімділігінің деңгейін, көлемін, өндірістің өркендеуін анықтайды.
Сондықтан, өндірістерді қайта жаңғырылатын қайратпен қамтамасыз ету ,
Оңтүстік аймақ бойынша ең тиімді мәселе болып отыр.
Бұны шешудің жолы, табиғи қайраттық ресурстар қоры жеткілікті болу
керек.
Қайраттықтың даму болашағы кейінгі жылдарда қайрат көзін
пайдалануда дәлелденді.
Жел қайратын нақты энергетикалық қондырғыларда қолдануын жетілдіру
және зерттеу ХХ ғасырдың екінші жартысынан бастап жалғасуда. Қазіргі таңда
жел қондырғылардың арқасында көптеген қиыншылықтар шешілді. Соған
қарамастан, жел қайраттық қондырғылардың өнеркәсіп және ауылшаруашылығы
үшін мүмкіншілігі шектеулі болып отыр, яғни әлі де шешілменген мәселелер
көптігін көрсетеді.
Бұл қиындықтар табиғи климаттық факторлармен және қайрат ағынының
жер бетінде өтетін жел тьғыздығымен байланысты.
Жел ағынының тығыздығы төмендегенде және үзілуі кезеңдерінде
тұтынушылар дәстүрлі электр энергия көзін қолданылу қажеттілігін
туындатады. Сондықтан, бүгінгі таңда жел қайраттық қондырғылардың
энергетикалық көрсеткіштерін және оның жұмыс істеу тәртіптерін зерттеу
өзекті мәселе болып табылады..
Қазақстанның Оңтүстік аумағында жел тұратын және оның энергиясын
пайдаланатын аймақтар өте көп.
Зерттеу жұмысының ғылыми жаңалығы. Қазақстанның оңтүстік
аймағындағы дербес тұтынушыларды дәстүрлі емес энергия көздерімен мен
қамтамасыз етудің жолдары алғашқы рет зерттеп отыр. Дипломдық жобада
жел энергетикалық кешенінің әдістемелік есептемелері мен оны құрайтын
қондырғылардың жұмыс істеу тәртіптері қарастырылды. Қолданылған әдістің
сенімділігі, бағалылығы математикалық үлгімен аныќталды.

Зерттеу жұмысының теориялық және практикалық маңызы.
Тұтынушыларды дәстүрлі емес энергия көздерімен мен қамтамасыз ететін
жел электр стансасының энергетикалық кешенің жұмыс істеу тәртібінің және
оның физика-энергетикалық көрсеткіштерін зерттейтін математикалық үлгісі
жасалынды
Бұл зерттеу жұмысының нєтижесі бойынша болашақта салынатын жел электр
стансасының техникалық көрсеткіштерін анықтауға болады.
Зерттеу жұмысының мақсаты. Қаратау электр стансасының энергетикалық
қуатын, техникалық көрсеткіштерін анықтау, олардың өз ара байланыстығын
және қондырғының жұмыс істеу тәртібі мен электрлік сұлбасын жасау болып
табылады.
Зерттеу жұмысының міндеттері. Дипломдық жұмысты жоспарлау кезінде
зерттеу жұмысына мынадай міндет жіктелді: Қазақстанның оңтүстік
аймағындағы дербес тұтынушыларды дәстүрлі емес энергия көздерімен
қамтамасыз етудің жолдарын қарастыру, энергетикалық қондырғының жұмыс
моделін құру,станциясының қуаттылығын , энергетикалық көрсеткіштерінің
есептік зерттеу алгоритмін құру, стансасының электрлік сұлбасын және
элементтерін таңдау.

Есептің қойылымы

Дәстүрлі емес жел қондырғыларының бірі жел электрстансалары болып
табылады қазіргі кезде мұндай қондырғыларды пайдалану қарқынды дами бастады
жәнеде бұл салада көптеген зертеу жұмыстарыда жүргізілуде.
Жел энергиясының көмегімен жылу және электр энергиясын жел
электрстансалары арқылы өндіру ең тиімді жолдардың бірі.
Болашақта санынатын Қаратау энегетикалық кешенін құрайтын жел
электрстансасының энергетикалық көрсеткіштеріне сараптама және есептік
зертеу жұмыстарын жүргізу атап айтқанда келесі техникалық мәселелерді
шешуді талап етіп отыр:
- Оңтүстік аймақта салынатын Қаратау энегетикалық кешеннің
энергетикалық көрсеткіштеріне талдау жүргізу;
- Электр энергиясын өндірудің және пайдаланудың негізгі бағыттарына
сараптама жасау;
- Қазақстанның аймағында жел энергиясын қолдануының мүмкін болатын
бағыттары анықтау;
- Қаратау өлкесіндегі жел рессурстарының мәліметтерін жыйнақтау ;
- Жел стансасының құрылымен таңдау , оны қуаттылығын анықтауға
есептік зерттеу жұмыстарын жүргізу;
- Қаратау желстансасының есептік зерттеу үлгісін құру және есептеу
жұмыстарын орындау.

1. ДӘСТҮРЛІ ЕМЕС ЭНЕРГИЯ КӨЗДЕРІНІҢ ПАЙДАЛАНУ ЖОЛДАРЫНА ТЕХНИКАЛЫҚ
САРАПТАМА

1.1 Қазақстандағы жел ресурстары бар аймақтарды аудандастыру

Қазақстан аймағын желэнергетикалық ресурстармен бөлу, жерден 10 м
биіктікте өлшенген мәліметтер бойынша жүргізілді аудандастыруда 5
ауданға бөлінді: 1-аудан-Еуд10 кВтчм2, 2-аудан 1000-нан 2000-дейін, 3-
аудан 2000-нан 3000-дейін, 4-аудан 3000-нан 4000-дейін, 5-аудан 4000
кВтчм2 аса[3].
Айта кететін жағдай метеостанциялық бақылау мәліметтері ашық беткейнің
маңызды аумағы және қыраттардың ескішті аймағы және жоталары жеткіліксіз
аймақтары қамтылған. Сондықтан аудандастыруда жел режімінің сипаттамасына
бедерлі шарттар әсерінің бағасына назар аударылды. [2]
Қазақстан аумағында бір типті физика-географиялық шарттары мен
бедердің типін сипаттайтын бірнеше аймақтар бөлініп алынды. Берілген
метеостнция топтарының әрбір аймағында орналасқан осы аймақ ауданында және
іргелес аудандарда жел ағынының меншікті энергиясы мен төңірек биіктігі
арасындағы тәуелділік құрылған.
Бұл тәуелділіктер Қазақстан аумағын аудандастыруының картасын құрғанда
негізге алынды.

1.1 кесте
Қазақстанның жел энергиясының ресурстары бар аймақтар№
п
N Аймақ Ауданы,тыс..кПотенциалды Потенциалы
м2 ресурсы,млрд.кВт ПӘК ЖЭС,
час млрд.кВт час
1 Шығыс Қазақстан 277,1 3000 30
2 Оңтүстік-Шығыс 223,2 3100 31
3 Оңтүстік Қазақстан 499,9 5600 56
4 Солтүстік Қазақстан 237 2700 27
5 Орталық Қазақстан 762,2 9100 91
6 Батыс Қазақстан 7292 8800 87
7 Қазақстан бойынша 2718,1 32200 322

1.2 Кесте

Жел стансасын салынатын аймақтар
№ Атауы Жел жылдамдығы, мс Қуаты ЖЭС,
(биіктік 80 м) мВт
1 Жоңғар қақпасы 10,1 50-250
2 Шелек алқабы 8,01 50-300
3 Қордай 6,06 20
4 Жүзімдік-Чаян 7,61 50-350
5 Астана 7,25 20
6 Ерейментау 8,09 50-500
7 Қарқара 5,91 10
8 Арқалық 7,52 10-50
9 Атырау 7,88 50-100
10 Ақтау 8,43 50

Бірінші аймаққа Солтүстіктегі Тянь-Шаньда орналасқан Шу-Іле тауы
кіреді. Олар өз алдында құламалы беткеймен шектелген шамалы көлделең
беттерімен тегістелген қыраттарды сипаттайтын күрделі жүйесін құрады. Бүл
аймақ үшін 1.1-суретте 2 биіктікті тәуелділік тұрғызылған.
Бірінші биіктікті тәуелділік Қордай, Отар, Шоқпар, Анарахай,
Новотройск метеостанциялық мәліметтері бойынша түрғызылды.
Екіншісі Хантау, Тюкен, Қарабүгіт, Фурмановка метеостанция мәліметтері
бойынша. Бірінші биіктігі тәуелділікте Шу-Іле тауының қыраты
учаскілеріндегі аудандастыру келтірілген қисық сызық 1000, 2000, 3000,
4000, 5000 кВтчм2 энергияға тең болатын 500, 800, 1000, 1200, 1400 м
биіктікті белгілермен сәйкесті келтірілген. Екінші биіктік тәуелділікте
аудандастыру төменірек қыратты учаскілерде жүргізілді.
Энергиясы 1000, 2000, 3000, 4000, 5000 кВтчм2 тең болатын қисық сызық
400, 450, 500, 550, 600 м биіктікте сәйкесті.
Екінші аймақ Орталық Қазақстандағы кең таулы аясындағы көптеген
кішігірім жекшік таулы массивтер және алқап берілуін сипаттайтын кіші
жоталы алып жатыр. Бұл массивтардың ең биіктері, биіктігі 1400 м және 1450
м теңіз деңгейінен асатын Қарқалы мен Қызылрай таулары.
Бұл аймаққа биіктік тәуелділік Қарқалы, Қайнар, Ақтоғай, Жрама, Жаңа-
Арқа, Қараауыл, Бесоба, Бектаута, Ағадир, Қызылтау, Сарыжал (1.2 сурет)
метеостанция мәліметтері бойынша тұрғызылды.
Энергиясы 1000-нан 5000 кВтчм2 тең болатын қисық сызық 550, 900,
1300, 1650, 2050 м биіктігінде келтірілді.
Үшінші аймаққа Ұлытау таулары кіреді, сонымен қатар кең қыратты болып
саналатын Орталық-Қазақстанның кіші жотасының оңтүстік-батыс, батыс
бөліктері,слнымен бірге арқалық ауданы кіреді.
Жеке шың биіктері теңіз деңгейінен 1100 м артады 500-650 м таулары
салыстырмалы биіктігінде қоршаған Қлы-тау таулары кең қыратты өз алдында
кішіжоталы болып саналады. Бұл аймақ екі биіктікті тәуелділікпен
аудандастырылған 1.3 сурет

1.1 сурет 1- Негізгі жоталы аумақ; 2-Жотаның таулы аймағы.

1.2 сурет Желдің меншікті энергиясының төңірек биіктігіне тәуелділігі

1.3 сурет 1-Арқалық қыраттарының аймағы; 2- Ұлытау тауларының
аймағы

1.3 суретте Желдің меншікті энергиясының төңірек биіктігіне
тәуелділігі көрсетілген.Бірінші биіктікті тәуелділік метеостанция
иәліметтері: Арқалық, Державинск, Стеногорск, св.х Баррикадасы, св.х
Лениндік комсомолы, Қазгородок елді мекендері.
Энергиясы 1000-нан 5000 кВтчм2 дейінгі қисық сызық 200, 250, 300,
350, 400 м белгіленген биіктікте жүргізілді. Екінші биіктікті тәуелділік
метеостанция мәліметтері: Ұлытау, Бірлік, Жезқазған, Қарсақбай бойынша
құрылды. Меншікті энергиясы 1000-нан 5000 кВтчм2 сәйкесті қисық сызық 400,
750, 1050, 1400, 1700 м белгіленген биіктікте жүргізілді. Бұл тәуелділіктер
өз арасында Ұлытау тауларының солтүстік шеттерімен қабаттасады.
Метеостанция көрсетулері бойынша Оңтүстік-батыс Арқалық қыраттарында
орналасқан Торғай, Арал, Амангелді, Торғай өзен жайма алқабы, Жолдама
екінші ауданға бөлінді.
Метеостанция көрсеткіштері бойынша амангелді метеостанция ауданы
тікелей үшінші ауданға бөлінді.
Төртінші аймаққа Солтүстік-батыс буынының 420 км бағытында жалғасып
жатқан және солтүстік Тянь-Шань доғасының батыс буыны болып табылатын
Қаратау жотасы төртінші аймаққа жатады.
Біздің дипломдық жұмыста қаралатын аймақ Оңтүстіктегі болашақ Қаратау
желэлектрстансасының есептік зерттеу жұмыстары.
Қаратау ЖЭС ның қуатылығының биіктік тәуелділігі (1.4 сурет)
көрсетілген.

1.4 сурет Желдің меншікті энергиясының төңірек биіктігіне тәуелділігі

Бейнеленген бұл шама Жанатас, Шаян, Түркістан, Бұғұн, Ванновка,
Ақсұран, Созақ және Тасты метеостанция мәліметтері бойынша тұрғызылды.
Энергиясы 1000-нан 5000 кВтчм2 қисық сызық 250, 500, 750, 1000 м
биіктігіне келтірілген жоталар бірінші аудан бөлінбеді, дегенмен
желэнергетикалық ресурсы қатары 500 кВтчм2 ие болсада.
Бұл Ащысайдың жан-жағы таулармен көлеңкеленген аса үлкен емес таумен
алқапта тікеліей орналасуымен байланысты. Оңтүстік және оңтүстік-батыс
Қаратау жотасында сонымен қатар кішігірім желэнергетикалық ресурсты
аудандар бар. Бұл жерлерде жота негізгі Алатау тауларымен қосылады және
жоғары биіктікке ие. Метеостанция бұл аудандарда көлеңкеленгендіктен аса
үлкен емес энергияны көрсетеді. Ашық беткейлерде және жоталы аймақтарда жел
энергиясының күрт жоғарылауын күтуге болады, бірақ бақылау мәліметтерінің
бар болуынан мөлшерлік бағалау мүмкін емес болып тұр.
Шығыс-Қазақстан аймақтарында биіктік тәуелділік метеостнция
көрсеткіштері свх. Большевик, Катон Қарағай, Шемонайка, Өскемен, Күршім,
Ақжар, Алексеевка бойынша құрылды.
Энергиясы 1000-нан 3000 кВтчм2 тең қисық сызық 700, 1500, 2500 м
белгіленген биіктігінде жүргізілді[9].

1.5 сурет Желдің меншікті энергиясының төңірек биіктігіне тәуелділігі

Бесінші аймаққа оңтүстік сілемі болып табылатын Мұғоджар таулары
жатады. Биіктік тәуелділік метеостанция мәліметтері бойынша Мұғоджар,
Жетіқара, Челқар, Берчоғұр, Рудный, Тереңқұдық, Талдық, Комсомольское,
Аққұдық (сурет 1.5) тұрғызылды. Меншікті энергияға 1000-нан 4000 кВтчм2
сәйкес энергияға тең қисық сызық белгіленген 250, 350, 450, 550,\ м
биіктікте жүргізілді.
Қазақстанның оңтүстік шекарасын бойлай таулы аудандар шамамен 1000 м
биіктікте бөлінген. Бұл аудандардағы желэнергетика ресурсы белгіленгендей
жоғары дәрежеде бедердің ерекшелігімен анықталады.

1.6 сурет Болашақта салынатын жел стансаларының аймағы

1.2 Желэнергиясын қолдануының мүмкін болатын бағыттары

Өнеркәсіпті кәсіпорынның, қалалар және ауылдардың негізгі бөлігі
электр энергиясын энергетикалық жүйелерден алады. Осыған сәйкес
алыстатылған жекеше тұтынушылардың (жеке ауылдар және кенттер, шекаралық
қақпа метеостанциясы, және т.б.) электр энергиясын автономды дизельді
электростанциялардан (ДЭС) алатындардың көп саны бар.
Кейінгілердің қуаты 8-16-дан 300-500 кВт дейін құрады. Аймақтағы
мұндай электростанциялардың жалпы саны – бірнеше ондық. Алыстылығы мен
бытыраққылығы және жекеленген тұтынушылардың салыстырмалы кіші мәнді тұтыну
қуаты орталық электр жүйелеріне қосылуы экономикалық тұрғыдан тиімді емес.
Сондықтан мұндай ДЭС-дан тұтынушыларды электрқамдау сақталады және
болашақты. ДЭС жұмысы жеткілікті қымбат дизельді отынды тұтынуымен
байланысты. Оның қымбаттылығы мазутпен салыстырғанда отынның жоғары
сапалығымен ғана емес, сонымен қатар оны жеткізудегі көлік шығынымен
байланысты.
Мұндай шарттарда желэнергетикалық қондырғыларды қолдану қымбат
тұратын дизельді отынды үнемдеуге жағдай жасай алады. Үнемдеудің өлшемі
желдің потенциалы мен ДЭС жұмысының режіміне байланысты. Есептеулер
нәтижелерінің көрсетуі бойынша ЖЭҚ қолайлы желдік шарттарында 30-50% дейін,
ал аса желді аудандарда тіпті 60-70% эиянды органикалық отынды ығыстырып
шығара алады. Соңғы есептеуде бұл жиынтық шығынның және өндірілетін электр
энергия бағасын төмендетуге мүмкіндік тұғызады.
Желқондырғыларын электрэнергия өндіруге қолдану желэнергиясын пайдаға
асырудың ең тиімді әдісі. Электрогенератордағы механикалық энергияның
электр энергиясына түрленуінің нәтижелі 95%, ал берілгендегі электр
энергиясының шығымы 10% аспайды. Осыдан өндірілетін электрэнергиясының
жиілігі мен кернеуіне қойылатын талаптар, осы энергияны тұтынушы
ерекшеліктеріне тәуелді. Бұл талаптар желқондырғылардың бірлік энергия жүйе
қабырғасында жұмыс істеуінде қатал және жел электрқондрғылар энергиясын
жарық түсіруге және қыздыру қондыпғыларын қолданғанда жұмсақ.
Қазіргі уақытта желэлектрқондырғыларын, генераторды осыларға қосқанда
көптеген жобалар өңделген. Бірақ келешекте желэнергетикасының энергетиканың
дербес салаға айналуы, ешкүмәнсіз приципті түрде ЖЭҚ-дың жаңа
конструкциялары пайда болады.
ЖЭҚ-ды жобалағанда келесі ерекшеліктерді ескеру керек:
- желдөңгелектің нәтижелік максималды жұмысын қамтамасыз ету үшін жел
жылдамдығы өзгергендегі айналу жиілігінен өзгерту керек тезжүрісті
коэффициентін тұрақтылығын сақтай отырып, осы уақыттағы электр
генератордың максималды нәтижелік жұмысы үшін айналу жиілігінің
тұрақтылығы қажетті;
- желдөңгелектің айналу жиілігін механикалық басқару жүйелері
айтарлықтай қиын әрі қымбат.
- электргенератордың электрлік жүктемесін өзгерту арқылы оның
айналу жиілігімен басқару аса нәтижелі және арзанырақ;
- желдөңгелектің радиусы үлкен болған сайын, оның оптималды айналу
жиілігі төмен болады. Сондықтан өте кіші (радиусы 2 м)
желдөңгелекпен генераторды тікелей қосуға болады. Үлкен өлшемді
желдөңгелектерде желқондырғысын және оның қызмет көрсетуін
қымбаттатын жоғарылатушы редукторларды қолдану керек болады.
- ЖЭҚ құрылымында генератордың желдөңгелектен өшірілу мүмкіндігі және
оның химиялық немесе механикалық энергия аккумуляторының айналуы
алдын-ала қарастырылады. Сондықтан генератормен басқару жүйесін
желдөңгелектің жұмысымен байланыстырылмайды.
Сондықтан Қаратау өңірінде салынатын ЖЭС электр стансасының жел
генераторын таңдау үшін төменгі ерекшеліктерді ескеру керек:
а) аса қолайлы желді шарттар аз қолыстанған аудандарда, теңіздерде
және аралдарда болады электрэнергияға сұраныс мұндай аудандарда аса ерекше,
бірақ мұнда дамыған өнеркәсіпте аудандарға қарағанда сұраныс азырақ болуы
мүмкін;
б) электрэнергиясын тұтынушылар паркінің анализі, олардың 5-10% ғана
оның параметрлеріне мысалы, тазалыққа белгілі талаптарын ұсынатынын
көрсетеді. Олар негізінен электр қозғалтқыштар, электронды қондырғылар және
жарық түсіру қондырғылары. Сондықтан энергоқамдау жүйесін бұлай құру
тұтынушылардың тұрақты емес параметрлерімен (мысалға, жылыту үшін) арзан
электрэнергиясымен және біршама қымбат, бірақ тұрақты параметрлерімен
қамтамасыз ете алуы керек;
в) ауылдық төңіректегі энергожүйелер негізінде аз қуатты және біршама
төмен вольтты (33 кВ кем), энергияны алыс қашықтыққа беруде шығымдармен
байланысты көп қиындықтар, кемелі мәселелер туады, сондықтан
желқондырғылардың мұндай жүйелерге қосылуы қолайсыз;
Көрініп тұрғандай, желэнергетикасының дамуы бүкіл
электрэнергетикасының өрлеуіне жағдай жасайды, сонымен қатар дәстүрлі
электр машина жасауды қамтамасыз етеді.

1.3 Есептік зерттеуге қажетті берілген мәліметтер

Зерттелетін Қаратау (Оңтүстікте ) аймағында орналасқан жел электр
стансасы;
Аймақтың климаттық көрсеткіштері

1.3 кесте - Жүктемелер шамасы

Айнымалы ток жүктемелерінің тізімі, оның қуаты және апталық жұмыс сағаты
Инвертордан қоректенетін айнымалы ток Қуаты, Ватт Саны сағапта =Вт
жүктемелері сағапта

Объект 3000 7
1(үй,
тұрмыстық
техника)

янв
пив. фев. март
янв
10 20 40 60 80 100
Қыс 1 1,12 1,26 1,35 1,43 1,50 0,16
Көктем 1 1,13 1,36 1,50 1,59 1,66 0,27
Жаз 1 1,15 1,40 1,55 1,67 1,76 0,24
Күз 1 1,16 1,26 1,35 1,43 1,50 0,15
Жыл 1 1,15 1,32 1,44 1,53 1,60 0,21

Басқа жиі қолданылатын вертикальды профильдің жылдамдықтарының теңдеуі
дәрежелік түрдегі эмпирикалық тәуелділігімен анықталады:

.
(2.6)

Отандық зерттеулерде вертикальдық профильдің ортажылдық мәнінің
жылдамдығын және дәреже көрсеткішін есептегенде 0,2 – ге тең
деп қабылдайды, ал жел энергиясының атласын құрастырғанда m=17 мәні
қабылданады. Одан кейінгі зерттеулерде жылдамдықтың орташа мәндері үшін
көрсеткіш дәрежелері жыл уақытына байланыстылығын көрсетті.
Сол уақытта, m көрсеткіші уақыт функциясы аймақтың географиялық және
климаттық шарты ғана емес, сонымен қатар жылдамдықтың ең нақты функциясы
болып табылады.
2.2 кестеде ортастатикалық көрсеткіштің m жел жылдамдығына v
тәуелділігін көрсетеді, мс, Қарату энергокешені үшін қолданылады.
Сөйтіп. (2.6) теңдеуі қарапайым түрде бола тұра, шыныда жылдамдықтың
биіктікке тәуелділігін көрсетеді.
Желэнергетикалық кадастрдың маңызды құраушысы – жел жылдамдығының
уақытшасипаттамалары болып табылады.

2.2 кесте

Ортастатикалық көрсеткіштің жел жылдамдығына v тәуелділігі, мс.

1,5 3,5
0.75 1.5 4.9
2.5 2 7.5
4.5 2 13.6
6.5 2 15.6
8.5 2 15.1
10.5 2 13.1
12.5 2 9.9
14.5 2 6.6
16.5 2 5.5
19.5 3 5.1
22.5 4 1.6
26.5 4 0.7
29.5 2 0.4

Желдің орташа жылдамдығы әр ай сайын 5 мс мәніне өсіп тұрады , ол
желэнергетикалық қондырғының шекарклық тиімділігін анықтайды, жел
жылдамдығының максимумы жылу және электрэнергиясын тұтынушылардың мерзімдік
пикпен сәйкес келуі желэнергиясын практикалық қолдану үшін аса маңызды.
Шындық ашықтық класы Кф 2.15 формуласы бойынша анықталатын тең
болады:
КФ = = 8.85.
(2.15)

Жел ағынының меншікті қуатының және меншікті энергиясының
есептелуі.
10 м биіктіктегі жылдамдықтың тәжірибедегі қайталануын ti
қолдану үшін жел энегиямының орташа меншікті қуат ағыны {P},Вм2 , 50м
биіктікте мынаған тең :

Втм2. (2.16)

Орта жағдайдағы тығыздық ρ = 1.226 кгм3 , қысымы 760 мм
.сын.бағ және температурасы 150°С 50 м биіктіктегі желдің жылдамдығы үшін
Вейбулла таралуын қолданғанда қуаттың математикалық үміті мына теңдікпен
анықталады :

. (2.17)

= 2067.0 Втм2. (2.17) мәнінен айырмашылығы бар жоғы 0,7% құрады. Бұл
аналитикалық функциясының жоғарғы адекваттылығын тұжырымдайды.

Желдің орташа жылдық меншікті энергиясы:

ЕВ == 18 240 кВт * сағ(м2 * год),
(2.18)

Мұндағы T = 8760 сағжыл.

Жел энергиясының валдық потенциалы .
Қаратау қақпасындағы жел энергиясының валдық потенциалы :

WВ = EВ(S20) = 9.12 S * 108, кВт *сағгод,
(2.19)

Мұндағы S , км2, Қаратау қақпасы аймағының ауданы.

2.3 Жел энегиясының техникалық потенциалы

Қаратау қақпасындағы жел румба бойынша кең таралғандықтан жел
электрлік қондырғыларды шахматты тәртіпте жақын станцияның ара қашықтығы
20 D (D- желдөңгелек диаметрі) болып орналасу керек. 5Т ауданында
болашақты жел энергиясының қолданылуы үшін ST(100D2) қондырғылары
орнатуға болады,сонда жел энергиясының техникалық потенциалы Wт
,кВт*сағжыл, келесі формуламен өрнектеледі :

WT = K NPT ST(100D2),
(2.20)

Мұндағы Np, кВт,-желэлектрлік қондырғының есептік қуаты, Т=8760 сағжыл,
(1.2) сәйкесті,

.
(2.21)

3. ЖЕЛ ЭЛЕКТР СТАНЦИЯ МОДЕЛІНІҢ МАТЕМАТИКАЛЫҚ ЖӘНЕ ЖҰМЫСТЫҚ ЕСЕБІ

3.1 Жел электр станциясының қалақша бетіне әсер ететін жел күшінің әсерін
есептеу

Жел жылдамдығы жел сипатының маңызды техникалық мінездемесі болып
табылады. Жел ағынымен F көлденең қимасының ауданы кинетикалық энергияға ие
болады, ол былай анықталады:

(3.1)

Мұндағы V жылдамдықпен Ғ көлденең қимасы арқылы ауа массасы өтеді және ол
мынаған тең болады:

(3.2)

(3.2)-ші формуланың кинетикалық энергиясын (3.1)-шыға қойсақ, онда:

(3.3)

бұл жерден, жел энергиясы жылдамдық кубына пропорционалды түрде өзгереді. Р-
ы күшінің туындысы мен V жылдамдығы арқылы Т қуаты анықталады.

(3.4)

Жел бағытына перпендикуляр қойылған Ғ бетін алайық, ауа ағыны бетте тежелу
арқылы сұрыпталады және оны ағыстайды сонымен қатар оған Рх күшімен қысым
түсіреді. Бұл күштің арқасында бет ағынның бағыты V жылдамдықпен орын
ауыстырып отырады. Сонда жұмыс бетімен орын ауыстырған күш пен жылдамдық V-
ның туындысына тең.

(3.5)

мұнда:
Рх- қарсылық күші, ол тең болады:

(3.6)
мұнда:
Сх-әр түрлі қарсылық күшінің аэродинамикалық коэфициенті
Ғ-мидельдік дененің қиылысу беті, сондай-ақ жазықтық дене бетінің
проэкциясы.
Бұл жағдайда жел жанама жылдамдықпен бетке шығады.

(3.7)
(3.6)-теңдеуді Рх мәнін (3.5)- ге қойсақ:

(3.8)
Жұмыс қатынасын анықтайық, көлденең қимасы бар (3.8) теңдеуіндегі
дамытылған қозғалмалы беттің ағындық жел энергиясына тең болатын бет
теңдеуі:

(3.9)

3.1 сурет Жел күшінің бетке әсері.

Түрлендіргеннен кейін бұл теңдеуді былай жазуға болады:

(3.10)
биіктігін пайдаланылған жел энергиясының коэффициенті деп атайды.
Максималды пайдаланылған жел энергия коэффициенті қарсылық көрсету күшінің
беттік жұмысы -дан үлкен бола алмайды.

3.2 Идеал желдіктің есептеу сызбасының түзілуі

Бір қалыпты жел ағынын есептейік, қимасында идеалды
желдідөңгелек қимасында желдідөңгелектің жылдамдығы
қимасының жылдамдығы тең болады.

Бұл жағдайда айналмалы желдідөңгелек баған түзеді, желдікке жақындағанда
және одан кішкене алыстағанда оның жылдамдығы төмендейді, ол 3.2-суреттің 1-
ші қисығында көрсетілген.

3.2-сурет. Желдідөңгелек арқылы ғатын, ауа ағынының мінездемесі

Бұнымен қоса ауа қысымыР желдікке жақындаған сайын көтеріледі (2-
қисық), ал мекен ететін беттен өткенде, ол тез түсіп кетеді. Желдіктен
кейін айырымы түзіледі, бұл желдіктен кішкене болса да өшірілу, ол
ассимптоталық түрде 0-ге жақындайды, сондай-ақ нормалды қысым түзіледі (3-
ші қисық). Идеалды желдіктен кейін жылдамдық жоғалуын Бернулли теңдеуінің
көмегімен анықтауға болады:

(3.11)

болғандықтан болады. Желдік ағындағы желдің кинетикалық энергиясы
тең, ал желдіктен кейін болады.

Бұл энергиялардың айырмасы желдідөңгелекке жұмсалады және кеткен энергиясы
пайдалы жұмыс болып табылады.

(3.12)

өрнектің оң жағын түрлендіру арқылы:

(3.13)

Сондай –ақ:

(3.14)

энергиясы желдідөңгелектің қабылдауындағы желдіктің бетіне
түсірілген желдің күштік қысымы Р –ның көбейтіндісін айтамыз:

(3.15)

мекен ететін беттен өтетін тіке қысымы Р ағын жылдамдығының санына тең:

(3.16)

(3.15) теңдеуге Р мәнін қойсақ,

(3.17)

(3.16) пен (3.15) –шы теңдеуді теңестіру арқылы:

(3.18)
аламыз. Одан:

(3.19)

немесе:

(2.20)

(3.20) теңестігі ауа ағымының жылдамдығының жоғалуы желдідөңгелектің
қиылысуынан ғана емес, сонымен қатар желдіктен бірнеше қашықтықта барлық
жылдамдықтың жоғалуы желдідөңгелектің жылдамдықтың жоғалуынан екі есе көп.
m ауа массасы желдідөңгелектің мекен ететін Ғ бетінен өтеді, оның саны бір
секундта мыаған тең болады:

(3.21)

Желдідөңгелектің алдына желдің кинетикалық энергиясының мәніне ауа массасын
қойсақ, онда:

(3.22)

Қимадан ағып өтетін идеал желдідөңгелекпен алынған жел энергиясына
секундтық жұмыстың қатынасы желдікиің мекендік бетіне тең болса, осыдан
идеал коэффициентінің жел энергиясына қатынасын аламыз.

(3.23)

Бұл теңдеуді түрлендірсек:

(3.24)

Мұндағы:

(3.25)

Мекендік аймақтағы ауырлық еселеуші немесе әртүрлі қысым еселеуші дейміз.
Осы теңдеуге: және
анықтап, қысқартсақ,онда:

. (3.26)
(3.24) теңдеуді де түрлендірсек, осыдан аламыз.

. (3.27)

қатынасын тежеу еселеуші деп атайды. мәнін анықтасақ ,
максимал мәнге ие болады. Бұл үшін бірінші туындысын аламыз және оны
нөлге теңестірсек, онда:

, (3.28)

немесе:

,
(3.29)
одан:
.
(3.30)
Бұл теңестікті шешу арқылы максимал мәнін аламыз,
десек

.
(3.31)

(3.31) теңдеуден максимал мәніндегі мекендік ауданындағы
ауырлық еселеуішін табамыз.

.
(3.32)

Бұдан соң, идеал желдіктің классикалық теориясынан негізгі мәселелері

1. Идеалды желдідөңгелектің жел энергиясын қолданудың максималды
еселеуіші.
2. Тегіс желдідөңгелектің жылдамдығын жоғалтуы жел жылдамдығының 13
–не тең.
.

Желдідөңгелтің барлық жел жылдамдығын жоғалтуы тегіс желдідөңгелектің
жылдамдығынан екі есе үлкен.

Осыдан, желдідөңгелектен кейінгі жел жылдамдығы желдідөңгелек
алдындағы жылдамдықтан үш есе кіші екендігін білдіреді.
Желдідөңгелек мекен бетіндегі ауырлық еселеуші -ге тең. Нөлден
бірге дейінгі тежелу еселеуші және (3.31) бен (3.32) теңдеулердің
көмегімен есептеу арқылы, келесі мен мәндерінің еселеуіштерін
аламыз (3.1 кесте).

3.1 кесте

Тежелу еселеуіштеріне тәуелді ауырлық еселеуіштерін қолдану мәндері.
0,110
3SFD-2003SFD-3003SFD-500 3SFD-8003SFD-1000
Желдің бастапқы 4 3 4 4 4
жылдамдығы мс
Желдің номиналды 5 7 8 8 9
жылдамдығымс
Қалақшалар саны, 3 3 3 3 3
дана.
Желдідөңгелек 2,2 2,5 2,7 3 3,1
диаметрі, м
Генратордың айналу 454 405 400 400 400
жылдамдығы,айнмин
Желқайратының 0,38 0,4 0,4 0,4 0,4
қолдану еселеуіші
ПӘК
Желдің номиналды 9 9 10 10 12
жылдамдығы мс
Қалақшалар саны, 3 3 3 3 3
дана
Желдідөңгелек 3,7 4 6,4 8 12
диаметрі м
Генратордың айналу 400 400 200 200 160
жылдамдығы,айнмин
Желқайратының 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42
қолдану еселеуіші
ПӘК

Тежелу еселеуіштеріне тәуелді ауырлық еселеуіш мәндерін қолдану
кестелер мен сызбаларда көрсетілген.

3.3 Жел электрстансасының энергетикалық көрсеткіштерінің есептік зерттеу
алгоритмі

Ауданы- А, жылдамдығы болатын көлденең қима арқылы өтетін ауның
массасы деп белгілейік. Сонда:

( 3.33)

екені белгілі, мұндағы - ауа тығыздығы, кгм3.
Желдің кинетикалық энергиясы тең, жоғарыдағы формуладағы
шамасының мәндерін қоя отырып, келесі өрнекті аламыз:

( 3.34)

Желдөңгелегінің қуаты- жел күшінің оның жылдамдығына-
көбейту арқылы анықталады. Ерекін пішінді денеге күш әсер етеді,
мұндағы - аэродинамикалық коэффициент; - мидельдік қиманың
ауданы.
Желдөңгелек лопасттары бетінің жылдамдығын деп белгілейік.
Сонда келе жатқан желдің салыстырмалы жылдамдығы ал күштің шамасы
тең болады.
Осыдан қуаттың шамасы:

(3.35)

болады.
Қима ауданы -ға тең болатын, қозғалмалы жазықтықпен өзгеретін
жұмыстың, көлденең қимасының ауданы сол жазықтық қимасы ауданына тең
болатын, жел ағынының энергиясына қатынасы, желді пайдалану
коэффициентінің мәнін анықтайды:

( 3.36)

Бұл жағдайда қуаттың шамасы:

(3.37)

- арқылы ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.