Исследование возможности получения электроэнергии на основе экологически безопасных технологий в районе Аравийского полуострова с учетом климатических и природных условий

Основу жизни человека составляет окружающая природная среда, а основу современной цивилизации — ископаемые природные ресурсы и вырабатываемая из них энергия, включая самый технологичный ее видэлектроэнергию. Промышленное производство электрической и тепловой энергии сопровождается крупномасштабным материальным и энергетическим обменом с окружающей средой, имеющим своим следствием отрицательное воздействие на нее и, следовательно, вызывающим необходимость ее защиты. Иначе говоря, электроэнергетика порождает свои экологические проблемы, которые, в свою очередь, могут оказывать отрицательное влияние на здоровье и качество жизни человека. Воздействие на состав атмосферы, обезлесение, приводящее к эрозии почв и заилению водоемов, сброс ядерных отходов, аварии и катастрофы, подобные Чернобыльской, относятся к числу основных широко признанных проблем.

Загрязнение воздуха в городах, кислотные дожди, загрязнение токсичными химическими веществами, истощение озонового слоя стратосферы, а также изменения глобальной климатической системы — все это представляет серьезную угрозу экосистемам и благосостоянию человечества.

Главным определителем воздействия энергетики на окружающую среду является источник энергии. В основном, использование угля оказывает наибольшее воздействие на окружающую среду из-за высокого уровня выбросов углекислого газа, создающего, так называемый, парниковый эффект и выброса частиц, связанных с его использованием. Использование угля также создает значительное загрязнение твердыми и жидкими веществами вследствие их выделения и удаления золы. Обычно нефтепродукты оказывают меньшее воздействие на окружающую среду, чем уголь, из-за их низкого углеродного содержания и меньшего количества продуктов горения твердых отходов. Природный газ является самым чистым из топлива природных ископаемых, благодаря равномерному, более низкому содержанию углерода в нем и меньшей предрасположенности вызывать кислотные выделения. Тем не менее, природный газ является одним из основных источников выделения углекислого газа и средством производства природного газа и утечки метана из трубопроводов, являющегося мощным источником парникового эффекта. Атомная энергия оказывает наименьшее воздействие на природу, в смысле выбросов парниковых газов и загрязнения воздуха. Однако существует риск радиоактивных выбросов при несчастном случае, кроме этого, накапливаются высокорадиоактивные отходы, общепризнанный способ захоронения которых еще не найден.

Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии, как энергия солнца и ветра, предлагают наиболее экологически чистый и практически неистощимый источник энергии.

С каждым годом все больше обостряются вопросы, связанные с дальнейшими путями развития энергетики. С одной стороны, рост населения, стремление к повышению жизненного уровня людей диктуют целесообразность наращивания мощностей энергетики, и в первую очередь электроэнергетики. С другой стороны, возникающие экологические проблемы, истощение природных источников сырья, и, в первую очередь, нефти и газа, требуют более экономичного и рационального использования полученной энергии и потенциальной энергии ее источников.

Экологически безопасные технологии получения электроэнергии из нетрадиционных и возобновляемых источников энергии в противоположность ископаемому топливу не приводят к загрязнению окружающей среды. До недавнего времени, их высокая стоимость привела к тому, что на сегодняшний день, на них приходится лишь малая доля в мировом энергопотреблении. Однако в последние годы наблюдаются тенденции снижения их стоимости.

В последнее время, во всем мире, ведется интенсивный поиск экологически безопасных технологий использования нетрадиционных источников энергии. Особый интерес проявляется к солнечной и ветровой энергии. В районах, где их запасы достаточно велики, развитие фотоэнергетики и ветроэнергетики не только оправдано с точки зрения ресурсосбережения и экологии, но и экономически выгодно особенно в районах, отдаленных от централизованных электроэнергетических сетей. В связи с этим целесообразно изучить ветровой и солнечный потенциал в странах Аравийского полуострова, где проблемы энергоснабжения и водообеспечения актуальны.

Вопросы разработки оптимальной в экологическом и социальном отношении стратегии развития энергетики и обеспечения населения водой и продовольствием имеют специфику для отдельных регионов и стран. Особенно сложные проблемы устойчивого развития сложились для стран Аравийского полуострова, где демографический рост происходит в условиях острого дефицита пресной воды.

В ряде стран этого региона расположены крупнейшие запасы нефти и природного газа, активно используемые мировым сообществом. Благосостояние стран, экспортирующих нефть, позволяет им использовать опреснительные установки и ограничивать неблагоприятные последствия хронического дефицита водоснабжения. Но в Республике Йемен, население которой составляет около 19 млн. человек, добыча нефти не велика и вопросы экологической безопасности приобрели особую остроту. Кроме того, более 75% населения Республики Йемен проживает в сельских районах, отдаленных от электроэнергетической сети, и лишь 16% из них обеспечены электроэнергией за счет местных дизель-генераторов. В большинстве районов уровень грунтовых вод понизился, и обеспечение населения водой из колодцев становится все более трудным. Расширение электросетей включает в себя проведение дорогостоящих линий электропередач и строительство новых тепловых электростанций, которые, с одной стороны, требуют большие капиталовложения, а, с другой стороны, приведут к росту потребления ископаемого топлива.

Применение экологически безопасных технологий выработки электроэнергии (солнечной и ветровой) обеспечивает автономное энергоснабжение населения и народного хозяйства, и, способствует выполнению Рамочной Конвенции ООН об изменении климата (РКИК) и Киотского протокола.

Поэтому исследование возможности получения электроэнергии на основе возобновляемых источников энергии в странах Аравийского полуострова является важной прикладной задачей.

Целью настоящей работы является исследование возможности получения электроэнергии на основе экологически безопасных технологий (фотоэнергетики и ветроэнергетики) для достижения устойчивого развития в районе Аравийского полуострова с учетом его климатических и природных условий.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе были решены следующие задачи:

1) Проанализировать развитие глобальной энергетики и экологически безопасных технологий выработки электроэнергии;

2) Выявить и проанализировать проблемы энергоснабжения с учетом региональных особенностей водообеспечения населения стран Аравийского полуострова;

3) Обобщить и систематизировать климатические данные многолетних наблюдений по солнечному излучению и ветровому режиму для территории Аравийского полуострова;

4) Оценить солнечный и ветровой потенциалы региона.

Основные научные результаты диссертационной работы:

1) Проведен анализ развития глобальной энергетики и экологически безопасных технологий выработки электроэнергии;

2) Впервые проанализированы проблемы энергоснабжения в связи с региональными особенностями водообеспечения населения стран Аравийского полуострова и участием в международном движении по сокращению использования ископаемых видов топлива;

3) Впервые обобщены и систематизированы климатические данные многолетних наблюдений по солнечному излучению и ветровому режиму для территории Аравийского полуострова, на основе которых произведена оценка гелиоресурсов и ветрового потенциала данного региона;

4) Впервые выполнены расчеты возможной выработки электроэнергии, в данном регионе, с учетом применения современных экологически безопасных технологий фотоэлектричества и ветроэнергетики.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в том, что оценка солнечного и ветрового потенциалов региона и учет тенденций развития экологически безопасных технологий получения электроэнергии позволяют разработать комплекс мероприятий, направленных на:

— Разработку стратегии развития электроэнергетики в странах Аравийского полуострова;

— Внедрение фотоэлектрических и ветроэнергетических установок для автономного электроснабжения населения и опреснения морской воды, особенно в Республике Йемен, с учетом специфики его развития.

4.5 Выводы.

Таким образом, анализ развития мировой ветроэнергетики и оценка ветропотенциала Аравийского полуострова позволяет сделать следующие выводы:

1) Мировое производство экологически безопасных технологий ветроэлектрических установок растет быстрыми темпами. Наблюдается тенденция снижения стоимости ветроэлектрических установок;

2) Аравийский полуостров обладает большим потенциалом ветровой энергии, и внедрение в энергетику ветроэлектрических установок является целесообразным, особенно в отдаленных от электроэнергетической системы районах;

3) крупномасштабное внедрение экологически безопасных технологий ветроэнергетики способствует развитию энергетики стран Аравийского полуострова особенно в Йемене.

Заключение

.

Промышленное производство электрической и тепловой энергии сопровождается крупномасштабным материальным и энергетическим обменом с окружающей средой, имеющим своим следствием отрицательное воздействие на нее и, следовательно, вызывающим необходимость ее защиты.

Особое значение придается оценке антропогенного поступления в атмосферу парниковых газов, связанного с неуклонным ростом использования ископаемых видов топлива. Глобальное потепление климата в XX веке характеризуется сравнительно небольшим ростом глобальной температуры воздуха, по оценкам международных экспертов рост составил (0.6 ± 0.2) °С. Но в сценариях изменения климата в XXI веке представлены варианты существенного роста температуры воздуха при условии сохранения тенденций роста концентрации С02 в атмосфере.

Конкретные рекомендации по сокращению выбросов СОг и других парниковых газов были выработаны в декабре 1997 г. и составляют содержание Киотского протокола, вступившегося в силу в феврале 2005 г.

Киотским протоколом предусмотрены различные механизмы международной кооперации, обеспечивающие снижение глобальных выбросов парниковых газов. Это торговля квотами для промышленных стран и их право финансирования проектов по сокращению выбросов в развивающихся странах.

Согласно Киотскому протоколу, именно на энергетику ложится задача обеспечения наибольшего вклада в сокращение выбросов парниковых газов за счет создания более экологически безопасных способов производства и использования энергии.

В последнее время, во всем мире, ведется интенсивный поиск экологически безопасных технологий использования нетрадиционных источников энергии. Особый интерес проявляется к солнечной и ветровой энергии. В районах, где их запасы достаточно велики, развитие фотоэнергетики и ветроэнергетики не только оправдано с точки зрения ресурсосбережения и экологии, но и экономически выгодно особенно в районах, отдаленных от централизованных электроэнергетических сетей.

Настоящая работа посвящена исследованию возможности получения электроэнергии на основе экологически безопасных технологий фотоэлектричества и ветроэнергетики в районе Аравийского полуострова.

Актуальность этой задачи, как в научном, так и в практическом отношении очевидна. Однако эта задача для стран Аравийского полуострова имеет особое значение.

В каждом регионе вопросы разработки оптимальной, в экологическом и социальном отношении, стратегии развития энергетики и обеспечения населения водой и продовольствием имеют свою специфику. Особенно сложные проблемы устойчивого развития сложились для стран Аравийского полуострова, где демографический рост происходит в условиях острого дефицита водоснабжения.

В ряде стран этого региона расположены крупнейшие запасы нефти и природного газа, активно используемые мировым сообществом. Благосостояние стран экспортирующих нефть позволяет им использовать опреснительные установки и ограничивать неблагоприятные последствия хронического дефицита водоснабжения. Но в Республике Йемен, население которой составляет около 19 млн.чел., добыча нефти не велика и вопросы экологической безопасности приобрели особую остроту. Кроме того, более 75% населения Республики Йемен проживает в сельских районах, отдаленных от электроэнергетической сети, и лишь 16% из них обеспечены электроэнергией за счет местных дизель-генераторов.

До настоящего времени подобных исследований для Аравийского полуострова не проводились.

В выполненной работе была произведены оценки потенциалов солнечной и ветровой энергии с учетом климатических и природных условий Аравийского полуострова.

В качестве исходных данных использовались материалы метеорологических наблюдений, на основании которых были получены показатели, используемые для расчетов.

Рассматривались возможности применения современных фотоэлектрических и ветроэнергетических установок для производства экологически безопасной электроэнергии.

На основании проведенных расчетов и анализа полученных результатов можно сформулировать следующие основные выводы:

1) Впервые для Аравийского полуострова были обобщены, систематизированы и обработаны данные метеорологических наблюдений по солнечному излучению и скорости ветра, выполнена оценка потенциалов ветровых и гелиоресурсов;

2) Полученные результаты свидетельствуют о том, что благодаря своим климатическим и природным условиям, Аравийский полуостров обладает огромным потенциалом солнечных и ветровых ресурсов и является одним из наиболее благоприятных районов для широкомасштабного применения экологически безопасных технологий фотоэлектричества и ветроэнергетики.

На основании проведенных исследований в диссертации можно сформулировать следующие основные выводы и результаты:

1 Электроэнергетика базируется на ископаемых видах топлива, сжигание которых оказывает заметное воздействие на окружающую среду и является одной из причин выбросов в атмосферу парниковых газов, возможно способствующих глобальному изменению климата;

2 Впервые проанализированы проблемы энергоснабжения в связи с региональными особенностями водообеспечения населения стран.

Аравийского полуострова и участием в международном движении по сокращению использования ископаемых видов топлива;

3 Впервые для территории Аравийского полуострова обобщены и систематизированы климатические данные по солнечному излучению, скорости ветра и произведены оценки солнечного и ветрового потенциалов. Полученные результаты свидетельствуют о том, что Аравийский полуостров является одним из наиболее благоприятных районов для широкомасштабного применения экологически безопасных технологий фотоэлектричества и ветроэнергетики, особенно в Йемене, где большинство населения проживает в районах, отдаленных от централизованной электроэнергетической сети;

4 Внедрение экологически безопасных технологий получения электроэнергии обеспечит автономное энергоснабжение населения и сельского хозяйства, и, способствует выполнению Рамочной Конвенции ООН об изменении климата и Киотского протокола;

5 Финансирование, промышленными странами, проектов по внедрению экологически безопасных технологий использования НВИЭ в развивающихся странах предусмотрено механизмом чистого развития Киотского протокола.

На основании проведенных исследований можно сформулировать следующие рекомендации:

— Разработать комплекс мероприятий, направленных на разработку стратегии развития энергетики стран Аравийского полуострова с учетом тенденций развития экологически безопасных технологий фотоэлектричества и ветроэнергетики;

— Разработать комплекс мероприятий, направленных на внедрение фотоэлектрических и ветроэнергетических установок для автономного электроснабжения населения и опреснения морской воды, особенно в Республике Йемен, с учетом специфики его развития.