Содержание к диссертации
Введение
Основные условные обозначения 1. экономическая история народа и государства
1 .1. Иордания от древнейших времен до 20-го века. 7
1.2. Иордания от начала 20-го века до современного государства ...9
1.3. Государственное устройство; трудовые ресурсы; национальные обычаи 12
1.4. Структура народного хозяйства, 16
1.5: Экономико-географическое районирование 25
Выводы по главе 1 27
2. Энергетические ресурсы и энергетическая политика иорданиишерспективьбразвития
2.V. Климат; ландшафты; гидрографическая сеть 28
2.21 Электроэнергетическая система страны; электростанции; потребители электроэнергии ; 38
2.3. Собственные источники органического топлива; солнечная; .инсоляция; ветер; биомасса .40 214. Перспективы .развития электроэнергетики страны 43
Выводы по главе 2... 1 „ .44;
3. Потенциал солнечной:энергии
Особенности прихода солнечной энергии на поверхности Земли.
Методырасчета:энергопотенциала солнечной; инсоляции. 57
Расчет энергопотенциала солнечношинсоляции по территориям районов ;.. : : 79
Выводы по главе3:. : 90
4. Лотенциалшетровойэнергии;и;путиего использование
4.1 Методы расчета;потенциала ветровой энергии; :... 92
4.21 Система районирования территории Иорданиипо характеристикам;
ветра;... 96
4.3. Перспективы развития ветровой;Энергетики в Иордании...100
Выводы поглаве4. 10Г
Потенциал энергиибиомассы и других возобновляемых энергоисточников
5.1. Оценка потенциала энергии биомассы для системных и изолированных потребителей. 102
5.2. Возможности использования,энергии;водных масс 105
5.3. Оценка Возможностей использования геотермальной энергии в Иордании 116
5.4.Возможности строительства «гидротепловых» электростанций на Мертвом море и в заливе Акаба 121
5.5. Оценка потребления электроэнергии изолированными индивидуальными потребителями
Выводы по главе 5 144
Основные выводы и рекомендации 146
Литература
- Иордания от начала 20-го века до современного государства
- Электроэнергетическая система страны; электростанции; потребители электроэнергии
- Расчет энергопотенциала солнечношинсоляции по территориям районов
- Оценка Возможностей использования геотермальной энергии в Иордании
Введение к работе
Несколько последних десятилетий во всех странах мира продолжается поиск новых эффективных путей развития энергетической стратегии на обозримую перспективу. Необходимость в таком поиске обусловлена многими факторами, основные из которых - осознание истощимости мировых запасов органического топлива; осознание роли антропогенного фактора, а именно массированного сжигания органического топлива, в наступившей катастрофе глобального потепления климата; повышение мировых цен на органическое топливо; опасность использования атомного топлива и сопутствующая нерешенная проблема захоронения радиоактивных отходов.
Каждая страна по-своему ищет пути решения собственных энергетических проблем с учетом запасов местных первичных источников энергии, тенденций развития и ориентации экономики, национальных традиций и особенностей, уклада жизни населения и других факторов.
Все сказанное относится и к Иордании, очень чутко воспринимающей последние изменения в мировой экономической жизни. Особенностями страны является ее уникальное физико-географическое районирование, наличие уникальных природно-исторических объектов, отсутствие собственных запасов органического топлива и другие факторы. Экономика Иордании развивается в условиях близкого соседства этнически близких стран - лидеров мировой нефтедобычи, переживающих сложные социальные проблемы и тем самым формирующих потенциальную угрозу энергетической, экономической и даже политической независимости Иордании.
Несмотря на сегодняшнюю полную энергетическую зависимость от импортируемой нефти, Иордания обладает собственными огромными запасами экологически чистых возобновляемых источников энергии, прежде всего солнца, ветра и биомассы. Для разработки реальных планов развития энергетики Иордании необходима оценка экономических ресурсов возобновляемых источников энергии, анализ их территориального распределения и возможностей практического использования. Такая работа на государственном уровне в Иордании уже началась, и это подтверждает актуальность настоящего диссертационного исследования.
В связи с перечисленным сформулирована цель диссертационной работы-разработать для государственных планирующих органов Иордании научно обоснованные рекомендации по ориентации энергетики страны на широкое использование экологически чистых возобновляемых источников энергии.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие задачи:
анализ современного состояния народного хозяйства, энергетики и электроэнергетики Иордании с учетом исторических, национальных, экономических особенностей и тенденций развития страны;
- анализ применяемых методик по расчету энергопотенциала возобновляемых
источников энергии - солнца, ветра, геотермальных источников, биомассы, различных
видов гидравлической энергии и установление возможности использования этих
методик для условий Иордании;
- разработка методики районирования территории Иордании по физико-
географическим характеристикам с учетом задач определения потенциала
возобновляемых источников энергии;
подтверждение имеющихся оценок ресурсов возобновляемых источников энергии в Иордании и определение приоритетных направлений их использования;
формулировка задач дальнейших изыскательских, исследовательских и проектных работ, необходимых для уточнения ресурсов возобновляемых источников энергии в Иордании с целью разработки обоснованных планов их использования.
При решении поставленных задач использовались современные методы и средства научных исследований, основанные на применении статистических данных и апробированных методик расчета. Для определения количественных результатов применялась вычислительная техника.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:
Обоснована возможность, целесообразность и эффективность ориентирования развития электроэнергетики Иордании на расширенное использование возобновляемых источников энергии в целях повышения энергетической безопасности страны и улучшения энергообеспеченности.
Обоснована на основании расчетов энергопотенциалов приоритетность использования видов возобновляемых источников энергии по физико-географическим районам Иордании.
Сформулированы задачи дальнейших работ по уточнению ресурсов возобновляемых источников энергии в Иордании с целью разработки обоснованных планов их использования.
Рабочая гипотеза диссертационного исследования предполагает, что на основе расчета энергопотенциала возобновляемых источников конкретной страны, в данном случае Иордании, и ее районов возможно обоснованное перспективное планирование развития электроэнергетики с учетом имеющихся возможностей и потребностей народного хозяйства.
Основные положения, выносимые на защиту:
Энергетика и электроэнергетика Иордании должны ориентироваться на широкое использование возобновляемых источников энергии, прежде всего ветра, солнца и биомассы; это будет способствовать повышению энергообеспеченности народного хозяйства и энергетической безопасности страны.
Крупные системные ветроэлектростанции предпочтительны в густонаселенных и промышленно развитых западных районах Иордании; малонаселенные восточные и южные районы лучше обеспечивать энергией за счет обособленных или комплексных энергоустановок на ветре, солнце, биомассе малой мощности с резервным источником электроэнергии.
Геотермальная энергия, энергия морских ветровых волн и морских тепловых электростанций может использоваться в качестве точечных источников электроэнергии в районе залива Акаба.
Разработанные к настоящему времени методы расчета энергопотенциала возобновляемых источников дают удовлетворительные результаты применительно к природно-климатическим условиям Иордании.
Практическая значимость результатов диссертационного исследования заключается в возможности использования разработанных оценок и рекомендаций специалистами и компетентными органами Иордании при разработке планов развития энергетической отрасли страны и ее отдельных районов.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных семинарах и заседаниях кафедры нетрадиционных и возобновляемых источников « Национальный исследовательский университет «МЭИ»
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав,
основных выводов и рекомендаций, списка использованной литературы из 224
наименований и 4 приложений. Работа изложена на страницах основного текста,
включает рисунков, таблиц и страниц приложений.
Автор выражает глубокую признательность научному руководителю соискателя, доктору технических наук профессору В.И. Виссарионову за ценные советы и общее руководство исследованиями. Автор благодарен коллективу кафедры НВИЭ МЭИ(ТУ) за ряд ценных рекомендаций, полученных во время работы над диссертацией.
Иордания от начала 20-го века до современного государства
Конец османского правления в Иордании пришелся на начало Первой мировой войны. «Великое Арабское восстание» началось в июне 1916 г. и имело целью провозглашение независимого арабского королевства. Большинство военных походов того времени были осуществлены на территории, которую сейчас занимает Иордания. Восстание достигло своей цели, когда османские войска отступили из Дамаска в 1918 г. Территория Иордании перешла под управление арабского правительства в Дамаске.
Государство (княжество), первоначально называвшееся «Эмират Трансиордания», было образовано Великобританией в рамках Британского мандата в 1921 г. как полуавтономная территория в составе ее подмандатной территории Палестина. 25 мая 1946 г. было провозглашено независимое королевство Трансиордания, заключившее союзный договор с Великобританией. В 1947 г. ООН проголосовала за раздел Палестины на еврейское и арабское государства и придание Иерусалиму особого международного статуса. Однако этот план был отвергнут арабами.
После провозглашения 15 мая 1948 г. государства Израиль в том же году в ответ на нападение Арабского легиона в составе объединенных воинских контингентов Египта, Сирии, Ирака, Ливана и Трансиордании Израиль захватил Западный Иерусалим, а иорданские войска заняли Восточный Иерусалим и Западный берег р.Иордан. Для подкрепления своих претензий на оба берега р.Иордан Иордания 26 апреля 1949 г. изменила название своей страны на Иорданское Хашимитское Королевство, а Хашимитское правление на обоих берегах р.Иордан было узаконено парламентом в апреле 1950 г. Выборы парламента (новой палаты депутатов) были проведены в апреле 1950 г. с равным представительством для Восточного и Западного берегов р.Иордан, и открывшаяся сессия парламента одобрила объединение.
События Арабо-Израильской войны 1947-1949 гг. и особенно конфликт из-за Палестины оказали серьезнейшее влияние на экономику Иордании. В результате войны на Западный берег р.Иордан прибыло 400 тыс. палестинских беженцев. Еще 100 тыс. осело в Трансиордании, что превысило возможности иорданской экономики. В то же время присоединение Западного берега р.Иордан к Иордании значительно расширило сельскохозяйственные угодья страны. Вскоре приток палестинских капиталов и управленческий опыт палестинцев позволили улучшить положение в экономике, и темпы прироста ВВП с 1954 г. по 1967 г. составляли 11%.
В 1955 г. Иордания вместе с Турцией, Ираном и Ираком вошла в Багдадский пакт. В 1956 г. союз Великобритании и Израиля во время Суэцкой войны сделал невозможным дальнейшее поддержание англоиорданских отношений. Начало 1960-х годов стало в Иордании периодом относительного спокойствия и экономического подъема. В 1961 г. были проведены парламентские выборы. 30 мая 1967 г. Хусейн заключил договор о взаимной обороне с Египтом и в результате потерял во время июньской войны 1967 г. Западный берег р.Иордан и Восточный Иерусалим, которые были заняты Израилем. Иордания продолжала претендовать на Западный берег вплоть до 31 июля 1988 г., когда в ответ на начало массового восстания палестинцев (интифады) и их требований самоопределения Иордания отказалась от прав на Западный берег.
Июньская война 1967 г. и ее последствия оказали разрушительное воздействие на экономику Иордании. Потеря Западного берега р.Иордан сократила национальный доход Иордании более чем на одну треть и привела к переселению на Восточный берег р.Иордан еще 300 тыс. палестинских беженцев. Израильские рейды и артиллерийские обстрелы Восточного берега разрушили сельское хозяйство в восточной части долины р.Иордан и заставили местных крестьян искать убежище в горах. В результате закрытия Египтом Суэцкого канала с 1967 по 1975 гг. морские суда перестали заходить в иорданский пор Акаба, а связь со Средиземным морем осуществлялась через сирийские порты.
Иордания никогда не была в состоянии полностью обеспечить свои потребности и всегда зависела от внешней помощи в финансировании своего бюджета, дефицита торгового баланса и проектов развития. Главным покровителем Иордании вплоть до 1975 г. оставалась Великобритания. Позже основной объем помощи приходился на США. После захвата Израилем западного берега р.Иордан во время июньской войны 1967 г. арабские соседи Иордании увеличили объем помощи, особенно после повышения цен на нефть в 1973 г., стремясь предотвратить заключение сепаратного договора Иордании с Израилем. После подписания мирного договора с Израилем стала поступать помощь со стороны США.
Экономический рост в стране возобновился к 1975 г., чему способствовал «нефтяной бум» в государствах Персидского залива. С 1975 г. по 1984 г. экономический рост в стране составлял 9-12% в год. Ирано-иракская война, начавшаяся в 1980 г., подстегнула развитие экономики страны, так как Ирак стал основным торговым партнером Иордании.
В 1988-1989 гг. страна оказалась в ситуации финансового кризиса. В качестве условия получения займа от Международного валютного фонда (МВФ) и поддержки им реструктуризации внешнего долга страны, составлявшего 6 млрд. долларов, правительство было вынуждено ограничить импорт, повысить пошлины и сократить расходную часть бюджета, что привело к резкому росту цен и спровоцировало широкие выступления протеста в апреле 1989 г. Но уже к 1996 г. в экономике наметились улучшения, и страна получила новую поддержку от МВФ и Всемирного банка для продолжения экономических реформ.
Война в Персидском заливе (1990-1991 гг.) обострила отношения между Иорданией и некоторыми ее арабскими соседями. Дипломатические и торговые отношения с большинством арабских стран были восстановлены только в 1995 г.
Иордания приняла полномасштабное участие в новом раунде переговоров, инициированных США после окончания войны в Персидском заливе (1990-1991 гг.). В 1991 г. в Мадриде была созвана конференция по ближневосточному урегулированию, в которой приняли участие Израиль, Ливан, Сирия и объединенная делегация Иордании и палестинцев. В результате этих переговоров Израиль и ООП подписали в 1993 г. Декларацию о принципах - документ, устанавливавший рамки будущих переговоров и период, на который палестинцы сектора Газа и Западного берега р.Иордан получали автономию. Израильско-иорданские переговоры завершились подписанием в ноябре 1994 г. мирного договора.
В 1995 г. Иордания и Израиль обменялись послами. В ноябре 1995 г. в Аммане было проведено экономическое совещание глав ближневосточных государств, на которое были приглашены дипломаты и бизнесмены с Ближнего Востока, из Европы, Северной и Южной Америки и Азии.
Электроэнергетическая система страны; электростанции; потребители электроэнергии
Наращивание мощностей в обрабатывающей промышленности -процесс долговременный. Но государство использует любые возможности для его ускорения, чутко реагируя на выгодно сложившиеся внешние условия (недаром в западных кругах считают, что Иордания располагает «очень хорошо управляемой экономикой»). Ретроспективный взгляд на экономику Иордании, и, в частности, на эволюцию ее промышленной сферы, показывает, что индустриальный сектор, несмотря на серьезные трудности, имеет тенденцию к росту, его доля в валовом внутреннем продукте медленно, но постоянно увеличивается.
Это обстоятельство вызывает напряженное положение в национальной электроэнергетике, без которой невозможно повышение энерговооруженности труда как условия роста индустрии. Ведь потребности в электрической энергии свидетельствуют об уровне развития страны, ее промышленном потенциале, возможностях воспринять прогрессивную технологию, расширять производство на новой основе. Пока электроэнергия вырабатывается теплоэлектростанциями, работающими на дорогостоящем привозном топливе из импортной сырой нефти. В конце 1980-х и в 1990-х годах сырая нефть из Ирака перерабатывалась на заводе в Эз-Зарке.
Развитие промышленности, рост городов, усиление миграции населения, необходимость повышения энерговооруженности сельского хозяйства ставят задачу удвоить, утроить, удесятерить производство электроэнергии. В стране стали строиться более мощные и экономичные электростанции, способные служить общенациональным целям. Вместо несколько маломощных потребителей, обслуживавшихся ранее примитивными энергоустановками, к новым электростанциям подключаются ныне уже сотни и тысячи объектов, функционирование которых без электроэнергии немыслимо [5, 22, 56, 76, 91, 109, 154].
Крупный скачок в развитии электроэнергетики произошел в начале 1980-х годов. Если до той поры установленная мощность всех источников электроэнергии не превышала 300 МВт, то уже к концу 1982 г. она увеличилась вдвое. Естественно, в условиях Иордании промышленные масштабы наращивания мощностей оказались под силу только государству с его способностью мобилизовать средства. Благодаря внедрению в эту сферу государства в валовом производстве электроэнергии резко снизилась доля частных электростанций: им была отведена вспомогательная роль.
В 1967 г. было организовано государственное Управление электроэнергетики, перед которым стояла задача наладить централизованную систему энергообеспечения страны, гарантировать строительство новых мощностей и включить частный сектор в национальную систему энергоподачи. Это управление снабжает энергией все районы страны.
В ведении Управления находятся крупнейшая ТЭС Иордании «Хусейн» в Эз-Зарке, общей мощностью 263 МВт, и вторая по мощности электростанция в Марка, в 125 МВт. Остальные станции, расположенные в Акабе, Кераке, Маане, Тафиле, обладают малой производительностью и вырабатывают электроэнергию на дизель-генераторах. Помимо этих, в стране имеются электрогенераторы, работающие при некоторых крупных предприятиях. В целом при сохранении уровня выработки электроэнергии неизменной доля промышленных предприятий в ее производстве сокращается.
Ввод в строй новых мощностей позволил добиться достаточно высоких темпов роста производства электроэнергии. Однако Иордания еще далеко не полностью удовлетворяет свои потребности в электричестве, ей приходится прибегать к помощи соседней Сирии для удовлетворения потребностей провинции Ирбид. Для этого обе страны были соединены высоковольтной линией электропередачи, связавшей две национальные энергосистемы.
Большая часть вырабатываемой электроэнергии используется в коммунальном хозяйстве и в промышленности. Производимая электроэнергия распределяется по стране довольно неравномерно, что обусловливается неодинаковым уровнем развития отдельных ее районов. На северный район, в котором сосредоточены основные промышленные предприятия и значительная часть населения страны, приходится большая часть потребляемой энергии.
Развитие энергетики осуществляется по трем главным направлениям: установка новых энергетических мощностей, создание объединенной национальной энергосистемы и электрификация сельских районов. В связи с этим предусматривалось строительство новой ТЭС в Акабе общей мощностью 154 МВт, расширение ТЭС «Хусейн» за счет установки трех газотурбинных установок и укрупнение дизельной электростанции в Акабе. Эти меры увеличили установленную мощность иорданских электростанций почти до 850 МВт. ТЭС в Катрана работает на нефтеносных сланцах.
Существенной частью программы электрификации страны явилось строительство линий электропередачи (460 км), соединяющих Амман с Мааном, Катрану с Гор эс-Сафи, Амман с Акабой, что позволило включить в единую энергосистему Акабу, Сахаб, Дир-Алла, другие населенные пункты и промышленные объекты. Попутно это дало возможность электрифицировать 341 деревню и довести число получающих электроэнергию деревень до 472; количество же сельских жителей, пользующихся электричеством, составляет почти 700 тыс. человек, т.е. 95% населения сельской местности.
По имеющимся у соискателя данным на 2004 г., выработка электроэнергии в Иордании характеризовалась следующими базовыми показателями2: - суммарная установленная мощность электростанций 1600 МВт - мощность электростанций на возобновляемых источниках 14 МВт - доступная для использования мощность 1500 МВт - пиковая нагрузка в электроэнергетической системе 1515 МВт - среднегодовое потребление на душу населения 1636 кВтч - доля населения, обеспечиваемого электроэнергией 99,9% Государственными планами развития Иордании на электрификацию выделялись ассигнования, достаточные для развития отрасли в традиционном направлении, то есть в расширение теплоэлектроэнергетики. Вероятно, этих сумм будет недостаточно для реализации неизбежной необходимости перехода на принципиально другие энергоносители, но представляющимися более естественными для Иордании - энергию солнца, ветра, биомассы.
В диссертации использованы материалы презентации доклада Директора отдела возобновляемых источников энергии Министерства Энергетики и минеральных ресурсов Иордании инженера Зиада Джибрила Сабра «Возобновляемые источники энергии в Иордании. Перспективы и возможности для инвестирования» на Конференции по вопросам развития и перспективам в Энергетическом секторе Иордании, 8-9 декабря 2004 г., Амман В Иордании пока не обнаружены месторождения собственного энергетического сырья, особенно такого ценного, как нефть и каменный уголь, если не считать запасов нефтеносных сланцев.
В стране открыты месторождения сланцевой и тяжелой нефти. Разрабатываются месторождения природного газа, открытые в 1987 г. недалеко от границы с Ираком.
Разведка месторождений нефти и газа, которая с 1970-х годов осуществляется по контрактам с иностранными фирмами, представляет особую проблему. К поискам нефти привлечены американские корпорации - «Файлон», обязывавшаяся в течение 30 лет вести поиск нефти в долине р.Иордан, в южных и северных районах, на Мертвом море, и «Джеофи-зикл сервис», которая параллельно с французской фирмой ведет разведку в районах Эль-Азрак, Русейфа, Сархан, Риш. Пробное бурение проводила также югославская компания «Нафта ГЭС», техническое содействие в нефтеразведочных работах оказывает Иордании и Иракская национальная нефтяная компания.
Поиски нефти планируются и на будущее, тем более что экспериментальные скважины в Восточной пустыне показали наличие здесь коммерческих запасов нефти с низким содержанием серы.
Иордания одной из первых стран на Ближнем Востоке начала осваивать использование возобновляемых источников энергии и к настоящему времени накопила в этом отношении определенный опыт.
Внимание к этим источникам было обусловлено рядом факторов. Важной представлялась возможность обеспечить энергетику собственными энергоисточниками и снизить зависимость от импортируемого топлива [4, 50, 60, 99, 120, 144, 153, 183]; улучшить экологическую ситуацию в стране [31, 34, 38, 47, 58, 79, 122, 132, 149, 151, 221]; обеспечить электроэнергией сельскохозяйственные районы и изолированных потребителей, не подключенных к электроэнергетической системе [21, 106, 112, 113, 173, 194]. Решение о развитии возобновляемой энергетики поддерживалось и усилиями близлежащих арабских стран [7, 32, 140, 141, 152, 153, 198] и всего мирового сообщества по освоению вечно возобновляющихся и экологически чистых энергоисточников [17, 33, 35, 39, 62, 66, 117, 119, 123, 150, 193], а также осознанием факта истощения в обозримом будущем ископаемых ресурсов органического топлива [52, 57, 61, 77, 80, ПО, 136, 148, 177, 206]. Во многих странах не только разрабатывались методы расчета потенциала энергии возобновляемых источников и создавались пилотные установки, но и выпускалась справочная литература по серийно выпускавшимся энергоустановкам, основанным на преобразовании возобновляемых энергоисточников [20, 118, 129, 134, 155].
Расчет энергопотенциала солнечношинсоляции по территориям районов
Система преобразования солнечной энергии, как любая другая энергетическая система, количественно характеризуется, главным образом, двумя основными параметрами: максимальной мощностью и количеством энергии, которую можно получить от системы за известный интервал времени.
Определение этих параметров на этапе проектирования системы невозможно, если неизвестны соответствующие параметры солнечного излучения в месте расположения системы.
Распределение глобального потока солнечной радиации на поверхности Земли крайне неравномерно, поступление солнечной энергии изменяется в ритме дня и ночи, в ритме времени года и зависит от погодных условий. Для фотоэлектрической установки (ФЭУ), расположенной в заданном районе, значение радиации будет определяться географическим расположением района, временем суток, временем года, ориентацией солнечной батареи (СБ) относительно падения солнечного излучения. Поэтому правильный выбор наилучших параметров солнечной энергетической установки возможен лишь на основании предварительного определения располагаемого (в любой момент времени) количества солнечной энергии в данном районе.
Существует два способа определения количества солнечной радиации, поступающей на Землю. Первый способ заключается в проведении измерений, осуществляемых сетью метеостанций с последующей статистической обработкой результатов измерений, а второй основан на использовании расчетных математических методов [44, 135, 174, 182, 187, 201, 208].
С другой стороны, существует проблема оптимального размещения станций, преобразующих солнечную энергию в электрическую, или непосредственно использующих ее в виде тепла [11, 13, 107]. Полное солнечное излучение обычно измеряется в ограниченном числе пунктов, поскольку значительное расширение их сети приводит к слишком большим затратам.
Исходя из этого, предпринимаются многочисленные попытки получить соотношения для определения полного солнечного излучения, получаемого в той или иной местности, исходя из ее географических и климатических данных [124, 129, 135, 156, 162, 165, 180, 182, 211]. Большинство из предложенных формул страдают тем недостатком, что каждая из них годится только для ограниченного района и учитывает большое количество параметров, влияющих на изменение интенсивности солнечной радиации, падающей на Землю, и приводящих к ошибкам при расчете.
В условиях Иордании эта проблема становится особенно актуальной ввиду отсутствия наблюдений за солнечной радиацией метеорологической службой.
Данные по солнечной радиации можно представить несколькими способами, и они должны содержать следующую информацию: - являются ли они непосредственно измеренными величинами или суммарными значениями за какой-либо период времени (обычно за час или за сутки); - период времени, в течение которого проводились измерения; - тип солнечной радиации (прямая, диффузная или суммарная) и тип измерительной аппаратуры; - ориентация приемной поверхности относительно земной поверхности (горизонтальная, вертикальная, наклонная); - для усредненных данных - период времени, для которого проводилось усреднение. Введем некоторые понятия и обозначения. Земля (рис.3.7) обращается за 24 часа вокруг своей оси, которая обозначена точками северного и южного полюсов N и S. Ось перпендикулярна экваториальной плоскости Земли.
На рис. 3.7 точка С - центр Земли Точка Р на поверхности Земли характеризуется широтой ср и долготой \/. Значение ф положительно для точек, лежащих севернее экватора, отрицательно - для точек южнее экватора. Долгота \/ положительна к востоку от Гринвича (Великобритания). Вертикальная плоскость, построенная с севера на юг через точку Р, -локальная меридиональная плоскость. Точки Е и G на рис.3.7 - точки на экваторе, имеющие ту же долготу, что и точка Р и Гринвич соответственно.
Один раз каждые 24 часа Солнце попадает в меридиональную плоскость. Это полдень по солнечному времени для всех точек, имеющих данную долготу. Полдень по солнечному времени не обязательно совпадает с двенадцатью часами, поскольку часы показывают так называемое декретное время, установленное единым для больших пространств местности в пределах 15 долготы, называемых часовыми поясами.
Перевод часов на «летнее время» означает, что солнечное и декретное время могут различаться более чем на 1 час. Более того, эллиптичность земной орбиты приводит к тому, что период между солнечными полуднями составляет не точно 24 ч, хотя в среднем этот интервал составляет 24 ч ровно.
Часовой угол со в точке Р есть угол, на который Земля поворачивается с момента солнечного полудня. Так как Земля поворачивается на 15 за 1 час, то часовой угол определяется выражениями [44]: co = (154 1)(ts-12 4); (3.1) ш = (15 ч1) (tz - 12 ч) + (у - Yz), (3.2) где ts, tz - соответственно локальное солнечное и декретное время, ч; \/z - долгота, на которой находится Солнце, когда t соответствует полудню (когда солнечное и декретное время совпадают). Угол со положителен после полудня и отрицателен до полудня. Земля обращается вокруг Солнца за год.
Направление земной оси остается фиксированным в пространстве под углом 80= 23,45 к нормали к плоскости вращения. Угол 5 называется склонением и является мерой сезонных изменений, при этом склонение есть широта точки, для которой Солнце находится в зените в полдень по солнечному времени (рис.3.8). Рис.3.8. Схема вращения Земли вокруг Солнца (не в масштабе). Сплошная линия на поверхности Земли - экватор Как следует из рис.3.8, в северном полушарии 5 плавно меняется от 50 =+23,45, в период летнего солнцестояния, до 50 = -23,45 в период зимнего солнцестояния. Аналитически получено [111]: 5 = 50sin(360 (284 + п)), (3.3) где п - день года, п = 1 соответствует 1 января. Продолжительность дня между восходом и закатом определяется следующим образом: Тс е - (2/15) arccos (gy tg5). (3.4) Угол падения потока радиации 0 на приемную площадку определяется по следующей формуле (рис.3.11): cosO = (sin ф cosp - cos ф sinP cos У ) sin5 + [sinp sin У sinco + (cos ф cosp + sin ф sinP cos У ) cosco] cos 5, (3.5) где (3 - угол рассматриваемой наклонной плоскости, 0 Р 90 - для поверхностей, обращенных к экватору; 90 Р 180 - для поверхностей, повернутых от экватора; азимут У - отклонение от меридиана проекции на горизонтальную плоскость нормали к поверхности приемника {? 0 - при ориентации поверхности к западу от направления строго на юг, f 0 - к востоку).
Оценка Возможностей использования геотермальной энергии в Иордании
Расчеты, результаты которых приведены в таблице 3.5, показывают, что Иордания располагает значительными ресурсами солнечной энергии. Среднее значение годовой энергии солнечной радиации, поступающей на 1м2 территории, составляет около 1800 кВт ч. Потенциальный теоретический ресурс солнечной энергетики на всей территории страны составляет приблизительно 1, 67 10ыкВт ч/г. Даже при КПД преобразования 10% и использовании под солнечные энергоустановки 1% территории технический ресурс составит 1,67 10пкВт ч/г. Это значение более чем в 10 раз превышает максимально возможную годовую выработку электроэнергии в стране. Поэтому государственная энергетическая полтика в Иордании должна строиться с учетом всемерного развития гелиоэнергетики.
Следует отметить, что технологии гелиоэнергетики позволяют использовать энергию солнечного излучения как для производства электроэнергии, так и для производства тепла, необходимого в ряде отраслей промышленности, в сельском и коммунальном хозяйстве [6, 23, 63, 88, 89, 95, 125]. Потенциал солнечной термальной энергии в Иордании на сегодня оценивается в 2 109кВт ч/г. Другие источники возобновляемой энергии, в том числе гидроэнергия и энергия ветра, практически полностью преобразуются только в электрическую энергию. Солнечные водонагревательные системы не относятся к электрогенерирующим системам, но снижают потребность в электроэнергии и в импортируемом органическом топливе. Сложившийся на сегодня рынок таких систем может вырасти вдвое при внедрении удобных схем кредитования в сочетании с информационно-рекламными кампаниями и дальнейшим совершенствованием технологии.
Гибридная солнечная термальная технология с применением природного газа может стать конкурентоспособной в среднесрочной перспективе. Но сейчас, по мнению иорданских специалистов, технология находится еще в экспериментальной стадии и в стадии разработки, и ее эксплуатация сопряжена с большим риском.
Развитие гелиоэнергетики как источника электроэнергии для электроэнергетических систем связано с необходимостью крупных капиталовложений. Несмотря на значительные успехи производителей солнечных батарей в деле снижения стоимости их производства и повышении КПД преобразования энергии, все же стоимость вырабатываемой электроэнергии пока оказывается заметно большей, чем на традиционных энергоустановках. Это объясняется низким КПД солнечных элементов, а также дороговизной материалов, из которых делаются эти элементы. В надежде на повышение эффективности и снижение стоимости, обеспечащим в недалекой перспективе конкурентоспособность солнечной электроэнергетике, начинать развитие отрасли следует с продвижения на рынок небольших солнечных энергоустановок, предназначенных для обеспечения электроэнергией небольших потребителей, не связанных с электроэнергетической системой или стремящихся к обеспечению независимости в электроснабжении [20, 155, 203].
В Иордании сложилась ситуация, в которой развитие гелиоэнергетйки и гелиотехнических систем оказываются очень актуальными.
Проблема повышения надежности электроснабжения характерна для современной Иордании, не говоря уже о повышении уровня электробеспеченности электроэнергией и улучшении ее качества.
Исходя из сказанного, проанализируем целесообразность использования солнечных батарей (СБ) для производства электроэнергии в качестве резервной мощности.
Известна целесообразность применения следящих установок, в том числе в условиях Иордании. Но из-за относительной дороговизны таких систем (дороже «жестких» систем на 20-25%) на первом этапе предполагается распространение в стране жестких установок, без системы слежения за Солнцем [63].
Важным для этих установок является установление оптимального угла наклона р\ Ранее [111] было показано, что оптимальным с точки зрения годового поступления солнечной радиации является угол 0,9 ф.
Оптимальным для Иордании является угол наклона Р = ф. График зависимости годового поступления солнечной радиации (в относительных единицах) от р показан на рис.3.23. Вопрос об улучшении согласования пика солнечного излучения с пиком нагрузки может быть решен путем изменения азимутного угла X. В большинстве работ указывается на то, что солнечная батарея должна быть направлена строго на юг. Это означает, что азимутный угол X равняется нулю. Однако наши расчеты показали, что путем изменения X на несколько градусов можно изменить момент наступления пика солнечного излучения, падающего на СБ. При этом солнечные элементы будут поглощать меньше энергии утром, но больше энергии в послеполуденные часы. Значение пика сбора энергии будет зависеть от изменения азимутного угла. Кроме того, будет иметься некоторая потеря суммарной собираемой энергии. Однако потребительская ценность энергии, доступной в период пиковой потребности в ней, выше, чем получаемая в другое время. Поэтому необходим компромисс между потерей суммарной энергии и улучшением согласования пиков солнечного излучения и потребности в пиковой электроэнергии. Оптимальным является такой угол, который обеспечит получение максимального количества энергии по стоимости.
На рисунках 3.24-3.26 показаны зависимости дневного поступления солнечной радиации от X (для значений X = 0, 30, 60, 80) для трех сезонов: зима, весна или осень и лето соответственно (весна и осень -сезоны равноденствия [111].
Оптимальный угол X для летнего периода составляет 60. Выигрыш суммарной энергии достигает 4%, а сдвиг пика составляет практически 2 часа. Угол X = 30 является оптимальным для других сезонов. Потери энергии составят 4% весной и осенью и 8% зимой, при сдвиге пика практически на 1 час.
