Жел энергиясы, ғылыми жоба

Тақырыбы:

«Жел энергиясын пайдалану»

Мазмұны

Түйіндеме                                                                                                        2 бет

Кіріспе                                                                                                              3бет

1. Теориялық бөлім

1.1. Жел энергетикасы                                                                                    5 бет

1.2. Жел агрегаттары                                                                                      6 бет

1.3. Жел энергетикасы қондырғысы                                                             8 бет

1.4. Жел энергиясын пайдалану және оның тиімділігі                                         9 бет

1.5. Энергияның балама көздері                                                                  12 бет

2. Практикалық бөлім 15 бет

Қорытынды                                                                                                   16 бет

Пайдаланылған әдебиеттер                                                                         17 бет

Түйіндеме

Соңғы жылдары дүние жүзі халықтары энергияны көп пайдалануда. Жақын арадағы онжылдықта энергия өндірісін органикалық отындар (көмір, мұнай, газ) арқылы дамыту мүмкін емес. Бұл оның қорының шектеулігі мен өндірістің басқа саласына қажеттілігі және қоршаған орта ластануына байланысты туындап отыр. Экологиялық жағынан таза энергия көздерін пайдалану және оны еліміздің энергия байланысына енгізу халық шаруашылығының кезек күттірмейтін негізгі міндеттерінің бірі болып табылады. Жел күшін пайдалану есебінен энергияның қосымша  көздерін зерттеу маңызды бағыт болып табылады.

Аннотация

В данное время изучении дополнительных источников энергии использований силы ветра считается самым главным направлением. Последнее время весь мир пользуется большим количеством энергии. Ближайшие десятилетие невозможно развивать производства энергии, используя органическое топлива (уголь, нефть, газ) . Это связано тем что запас органического топлива ограничен и загрязняет окружающую среду. Использование экологически чистого ресурса энергии и ведение в производство, и народное хозяйство-это задача, которая будет выполнена обязательно. Нетрадиционное и неиссякаемые ресурсы энергии, в первую очередь, (ветер, солнце, гидроэнергетика) без вредно в сравнении с атомными электростанциями (АЭС).

В данное время защита атмосферы земли от парниковых газов (углерод, окись азота, пар-вода) становится очень острой проблемой.

 

 

Annotation

The people of the world any wore use energies in the last years. Energy industry doesn’t develop by the gas, coal, because they are ending in another industry and pollution of the environment.

One of the aims of ecology is source of clean energy and their using and attending in home industries. Source of that energy is wind, san, hydro energetic, which are safe.

There is a project of creamy may by use in a future in Kazakhstan. To know by experience most of schools, hospitals, farms can by provide with sun energy. Power of sun energy can by located along in a cafe, farms which arise a far of the rood.

«Жел күші мен күн сәулесін  пайдалану       

                                                                                есебінен энергияның қайта жаңғырту

                                                                                көздерін дамыту маңызды бағыт болып               

                                                                                табылады…»                                                                              

                                                                               Н .НАЗАРБАЕВ.

                                                              Ақыл-ойым, қуатым Елім үшін!

Ата-бабам қорғаған Жерім үшін ! 

КІРІСПЕ 

Электр энергиясын пайдаланбай қазіргі өмірді көз алдымызға елестету мүмкін емес, техниканың тез дамуы жағдайларында оған деген сұраныс тұрақты түрде артып отыр. Соңғы жылдары бүкіл әлем энергетикалық қуаттардың тапшылық проблемасын айқын сезіне бастады. Осыған байланысты мұнай мен газдың бағасы жылдан-жылға тұрақсыздануда. Әлемнің көптеген елдері осы тығырықтан шығу мақсатында баламалы қуат көздерін қарастыруда. Қазіргі уақыт талабы – ғылыми техникалық прогрестің үздіксіз дамуы. Сонымен бірге, техникалық прогрестің қоршаған ортаның ластануымен қоса жүретінін ұмытпағанымыз жөн. Осыған байланысты, экологиялық таза энергия көздері туралы мәселе аса маңызды бола түсуде. Энергетиканы дамытудың жаңа жолдары осындай көздерді іздестіруге және дамытуға бағытталған. Мемлекеттің энергетикалық саланы одан әрі дамытудағы негізгі техникалық саясаты энергияның балама көздерін іске қосу болып табылады. Қазақстан су, жел, күн энергетикасы сияқты электр қуатын өндірудегі балама қуат көздеріне бай елдердің біріне саналады. Алайда, осы уақытқа дейін ішінара гидроэнергия қуатын пайдаланудан басқа, елімізде бұл бай балама қуат көздері іске қосылған жоқ. Оның басты бір себебі, еліміздің жер қойнауына энергетикалық шикізат көздерінің мол шоғырланғаны болып отырғандығын да жасыруға болмайды.

ҚР  парламентте «Энергияны қайта жаңғырту көздерін пайдалануды қолдау» атты заң жобасы қабылданды.

Жұмыстың өзектілігі: Қазақстанда сондай-ақ электр энергиясының жаңғырмалы көздерін пайдалану мәселесі неғұрлым өзекті болып отыр. Жел күші соңғы жылдары әлемде қолданысы ең көп артқан энергия көздерінің біріне айналды. Жел энергиясы ядролық энергияға қарағанда 5 есе жұмыс саласы мен 3 есе көп энергия өндіреді.

Бүгінгі күні Қазақстан энергиясын басқару құрылымы нарықтық эканомикаға байланысты бірнеше рет өзгерді. Электр станциялары электр энергияларының фабрикалары болып табылады, бірақ оның ерекшелігі станциялардың өнімдерін жинауға болмайтындығында. Электр станциялары әр уақыт мезгілінде тұтынушылардың сұранысына электр энергиясын өндіреді. Электр энергиясына деген мұқтаждық уақыт өткен сайын өзгеріп отыруда. Электр стансаларында да электр энергиясының өнімі өзгеруде, ал осыған орай электр стансаларының қуаттылығы да өзгеріп  отырады. Кез-келген тұтынушыны электр энергиясымен қамтамасыз ету үшін электр стансаларының өзінің белгілі қоры болуы керек.

    Зерттеу нысаны:  Жел электр стансаларын өндіру көздері  жел электр стансаларының тұратын орнын белгілейді және олардың өнеркәсіп пен өндірістің дамуына, тұрмыс жағдайының жақсаруына тигізетін әсерінің орасан зор екендігін көрсетеді.

Жұмыстың мақсаты: келешекте аса маңызды роль атқаратын энергияның дәстүрден тыс көздерін дамыту арқылы «Жел күші мен күн сәулесін   пайдалану  есебінен энергияның қайта жаңғырту  көздерін дамыту маңызды бағыт болып табылады» – деп  Н.Назарбаев атап өткен. Жел – орны толтырылған табиғи ресурс, өйткені ол әлемнің көптеген бөліктерінде   үздіксіз соғып тұратын әрі арзан, әрі мол энергетика көзі екендігін зерттеу.

Жел энергетикасын дамыту  міндеттері жел электр стансасын салудың толып жатқан артықшылықтары бар, ол елдің шикізат қорын сақтауға, көміртегінің ауаға таралуын азайтуға мүмкіндік береді. Елдің экономикасын дамыта түсуге, қосымша инвестиция тартылып жаңа жұмыс орындары ашылуы, жел энергетикалық саланы дамыту – жұмыстың мақсаты мен міндеті болып табылады.

        Зерттеу жұмысының болжамы:   тұтыну көлемінің өсуіне байланысты қазіргі энергетикалық қорлардың азайуы энергетиканың жаңа көздерін іздеуді қажет етеді.

Жел электр стансасы – желдің кинетикалық энергиясын электр энергиясына түрлендіретін қондырғы ретінде басты өнім береді деп күтілуде.

         Зерттеудің теориялық мәнділігі: Қазақстан Республикасының  аумағын ескере отырып жел энергетикалық әуелеті аса маңызды. Жел энергиясы бойынша зерттеулердің негізінде жел электр стансаларын салуға қолайлы деп сегіз аймақ таңдап алынды . Олар: Ақмола, Алматы, Жамбыл, Қарағанды, Қостанай, Маңғыстау, Оңтүстік Қазақстан облыстары, Алтай өңірі. Зерттеудің нәтижесі бойынша қуаты 500 МВт және одан жоғары жел электр стансаларын орнату, сондай-ақ жылына 1,5 млрд. киловатт /сағатқа дейін электр энергиясын өндіру мүмкін болатын жел энергиясы стансаларын салу үшін неғұрлым перспективалы алаңдар анықталды.

         Зерттеудің жаңалығы мен дербестігі:

-қазіргі заманда қолданылатын тиімді энергия көздеріне талдау жасалынды;

-жел электр стансаларын жел жиі тұратын жерлерде, орталықтандырылған электрмен жабдықтау тораптарының қашық орналасқан ауылдық мекендерде, далалық, шөлейтті тағы басқа жерлерде қолданады. Жел энергетикасы қондырғыларының қуаты 100 кВт-тан бірнеше Мвт-қа дейін жетеді. Ең қуатты (3МВт)  жел энергетикасы қондырғылары Германияда салынған (1983). Қазіргі кездегі бірлік қуаты 15 Мвт-қа дейінгі  жел энергетикасы қондырғысы жобалануда.

Жалпы,  табиғатқа апат әкелмейтін, кез келген уақытта іске қосып пайдалануға болатын, әрі арзан, әрі тиімді қосымша энергия көздерін үнемі зерттеу  еліміздің ғылыми тұрғыдан бәсекелестікке қабілеттілігін көрсете түседі және халық шаруашылығын арттыра түседі деуге болады.

І. ТЕОРИЯЛЫҚ БӨЛІМ

1.1 Жел энергетикасы                                                     

Жел энергетикасы – жел энергиясын механикалық, жылу немесе электр энергиясына түрлендірудің теориялық негіздерін, әдістері мен техникалық құралдарын жасаумен айналысатын энергетиканың саласы. Ол жел энергиясын халық шаруашылығына ұтымды пайдалану мүмкіндіктерін қарастырады. Елімізде арзан электр энергия көздерін іздеу мақсатында, «Қазақстанда 2030 жылға дейін электр энергиясын өндіруді дамыту туралы» мемлекеттік бағдарламаға сәйкес, жел күшімен өндіретін электр энергиясы қуатын халық шаруашылығына қолданудың тиімді жолдары қарастырылуда. Қазақстанда жел күшімен алынатын электр энергиясы қуатын кеңінен және мол өндіруге болады. Республикамыздың барлық өңірлерінде жел қуаты жеткілікті. Жел энергиясының басқа энергия көздерінен экологиялық және экономикалық артықшылықтары көп. Жел энергиясы қондырғыларының технологиясын жетілдіру арқылы оның тиімділігін арттыруға болады. Жел энергиясын тұрақты пайдалану үшін жел энергетикасы қондырғыларын басқа энер­гия көздерімен кешенді түрде ұштастыру қажет. Республиканың шығыс, оңтүстік-шығыс, оңтүстік аймақтарында су электр станциялары мен жел электр станцияларын біріктіріп электр энергиясын өндіру өте тиімді.

Қыс айларында жел күші көбейсе, жаз айларында  жел энергетикасы  азаяды, ал су керісінше, қыс айларында азайса, жаз айларында көбейеді. Сөйтіп, энер­гия өндіруді біршама тұрақтандыруға болады. Алматы облысының Қытаймен шекаралас аймағындағы 40-ендікте Еуразия мегабассейніндегі орасан зор ауа массасының көлемі ауысатын Орта Азиядағы «жел полюсі» деп аталатын Жетісу қақпасындагы желдің қуаты мол. Ол екі таудың ең тар жеріндегі (ені 10-12 км, ұз. 80 км) табиғи «аэродинамикалық құбыр» болып табылады. Қақпа Қазақстанның Балқаш — Алакөл ойпатын Қытайдың Ебінұр ойпатымен жалғастырады. Осы жердегі жел ерекшеліктерін зерттеу нәтижесінде оның электр энергиясын өндіруге өте тиімді екені анықталды. Қыс кезінде желдің соғатын бағыты оңтүстіктен, оңтүстік шығыстан болса, жаз айларында солтүстік, солтүстік батыстан соғады. Желдің орташа жылдамдығы 6,8 — 7,8 м/с, ал жел электр станциялары 4 — 5 м/с-тан бастап энергия бере бастайды. Желдің карама-қарсы бағытқа өзгеруі сирек болуына байланысты мұнда турбиналы ротор типті жел қондырғысын орнату тиімді. Желдің жалпы қуаты 5000 МВт-тан астам деп болжануда. Бұл өте зор энергия көзі, әрі көмір мен мұнайды, газды үнемдеуге және қоршаған ортаны ластанудан сақтап қалуға мүмкіндік береді. Электр энергиясын өндіру көздері ретінде мынадай зертеулерді келтіруге  болады:

• Электр тогын беретін жел диірмендерін Данияда ХІХ ғасырда ойлап тапқан. 1890 жылы алғашқы жел электр стансасы салынды, ал 1908 жылы олардың саны 72 жетті.
• Қазіргі уақытта ірі жел электр стансалары АҚШ-та, Техас штатында, Раско қалаларында шоғырланған. Mitsubishi, General electronic және Siеmens өндірістік стансасында жел турбиналарының саны 627-ге дейін жетеді. Толық қуаты шамамен 780 Мвт құрайды.
• Жел генераторының 1 МВт қуаты тәулігіне 1,800 т СО₂-нің атмосфераға тасталуын азайтады, ал 2050 жылы жел энергетикасы тәулігіне СО₂-нің атмосфераға тасталуын азайтуы 1,5 миллиард тоннаға жетпек.
• Жел энергиясын өндіруден Германия «Әлем чемпионы», себебі: әлемде өндірілетін жел энергиясының 30%-ы солардың еншісінде.
• Горизонталь осьті қуаты 100кВт болатын жел электр стансасы 1931 жылы Ялта қаласында тұрғызылды. Оның мұнараларының биіктігі 30 метр болатын.
• Жел электр стансасы 2007 жылы 200 млрд квт/сағ (әлемдегі электр энергиясы сұранысының 13 %) өндірді. Сол жылы Еуропада 61 %, солт.Америкада 20 %, Азияда 17 % -ын құрады.

2008 жылы жел энергетикасының қуаты әлемде 120 гВт-қа жетті.

Ресейде «Циклон» атты ғылыми – өндіріс бірлестігі жел энергиясына түрлендіру саласында жұмыс істейді. Сонымен катар Ресейде, Украинада, Прибалтикада және Қазақстанда осы проблема туралы нақты жұмыс жүргізілуде. 1989 жылы Қазақстанның  Семей облысындағы қуаты 12 кВт үш жел энергетикалық қондырғылары іске қосылды. Қызылорда облысында 150 жел энергетикалық агрегаттарын қондыру жұмысы басталды. Қазіргі кезде Талдықорған облысында жел энергетикалық қондырғыларын іске қосу жұмысы жүргізілуде.

Қазіргі уақытта Қазақстанда  мынадай 10 энергетикалық жүйе бар: Алматы,                                Қарағанды,  Алтай, Павлодар, Атырау, Ақмола, Батыс Қазақстан, Оңтүстік Қазақстан,

Қостанай, Екібастұз.

1.2. Жел агрегаттары жайлы зерттеулер 

Біз ауалық мұхиттың түбінде желдер әлемінде өмір сүреміз. Қозғалыстағы ауалық массалардың энергиясы орасан  көп.  Жел  энергиясының қоры, ғалам шарымыздағы барлық өзендердің гидроэнергияларының қорынан жүз есе көп. Біз тұратын ауалық мұхитта тынышты емес.  Біздің мемлекетіміздің төңірегінде соғатын желдер, елімізді электр энергиясымен   қамтамасыздандырады.   Еліміздегі   климаттық   жағдайлар   жел энергетикасының дамытуға қолайлы.

Әр түрлі авторлардың бағалауынша жер бетіндегі жел энергиясының потенциялы 1200 ТВт дейін жетеді, бірақ осы потенциалды қолдануға жер бетінің әр төңірегі біркелкі болмауынан. Вертикаль қимадан өтетін жел қозғалысының қуаты, энергияны түрлендіруге жеткілікті болу үшін 20-30 м биіктікте желдің жылдық орташа жылдамдығы көп болуы қажет. Жел қозғалысының орташа жылдық меншікті қуаты 500Вт/м²-қа (желдің жылдамдығы 7 м/с ) жететін жерде орнатылған жел энергетикалық құрылғы 500 Вт/м²-тың 175-ін ғана электр энергиясына түрлендіреді.

Жел қозғалысының энергиясы жел жылдамдығының үшінші дәрежесіне пропорционал. Бірақ, идеалды құрылғының көмегінде бұл энергияны толығымен электр энергиясына айналдыруға мүмкіндік жоқ. Жел қозғалысының энергиясын пайдалы қолдану коэффициенті (ПҚК), теориялық есептеулер бойынша 59,3% құрайды. Басылымға шыққан мәліміттер бойынша, практикада жел энергиясының ең үлкен ПҚК-і реалды жел агрегатында жуықтап алғанда 50% жақын болады, бірақ бұл тек қана проектіде қарастырылған желдің оптималды жылдамдықтарында ғана. Одан басқа, жел қозғалысының энергиясының бір бөлігі механикалық энергия электр энергиясына түрленген кезде жоғалады, оның ПӘК-і 75-95%. Осының барлығын ескере отырып, реалды агрегат проектіде қарастырылған тұрақты жылдамдықтар диапозонында жұмыс істесе ғана, желдік агрегаттың меншікті электрлік қуаты жел қозғалысының қуатының 30-40%-ын құрайды. Егер желдің жылдамдығы номиналды жылдамдықтың мәнінен асса, генератордың номиналды қуатынан аспау үшін, желдің механикалық энергиясының барлығы қолданылмайды. Осы фактілердің барлығын ескере отырып, жыл бойындағы электр энергиясының меншікті шығарылуы жел энергиясының 15-30% -ын құрайды.

Жел доңғалағы динамо-машинаны электр тогының генераторын қозғалысқа келтіреді. Бұл бір уақытта параллель жалғанған аккумуляторлар батареясын зарядтайды. Аккумуляторлық батареялардың клеммаларындағы кернеу генератордың клеммаларындағы кернеуден азайғанда батарея автоматты түрде генераторға жалғанады да, керісінше жағдайда ағытылады.

Қазіргі кезде жел электр агрегаттары электр тогымен мұнайшыларды қамтамасыздандырады, олар жетуге қиын жерлерде жұмыс істейді, алыс аралдарда, Антарктикада және үлкен халық топтары тұратын жерлерден алыс орналасқан мыңдаған ауыл шаруашылық фермаларда да жұмыс істейді. Мысалы, Мэн штатында тұратын американдық Генри Клюз екі мачта құрып оған екі жел двигателімен генераторларды орналастырды. Әр біреуі 6В, 60В және 2В-тан тұратын 20 аккумулятор оған желсіз күні жұмыс істейді, ал бензин двигателі оған резерв ретінде тұрады. Бір айда Клюз жел агрегаттарынан 250 кВт*сағ энергия алады, бұл оған барлық шаруашылығын жарықтандыруға және электр аппаратураны (теледидар, тоңазытқыш т.б.) жұмыс істетуге жетеді.

Жел электрлік агрегаттарды кеңінен қолайлы жағдайларда қолдануға  олардың қымбаттылығы кедергі жасайды.  Қазіргі заманда жел электрлік генераторлардың әр-түрлі прототиптері шығарылған.

Құрылғының жобасын құруда ең үлкен қиыншылық ол кез-келген желдің жылдамдығында пропеллердің айналу жиілігінің біркелкілігін қамтамасыз ету. Өйткені генераторды желіге қосқанда ол жиілігі 60 немесе 50 Гц айнымалы ток тудыруы керек. Сондықтан лопасттердің көлбеулік бұрышы реттеліп отырулы тиіс. Жел күшті болғанда, бұл бұрыш сүйірірек болуы тиіс, жел қозғалысы әлсіздеу болғанда бұл бұрыш арту керек. Лопасттерді реттеумен қатар генератор мачтада желге қарсы автоматты түрде айнауы тиіс.

1.3. Жел энергетикасы қондырғысы

Жел энергетикасы қондырғысы – жел ағынының  кинетикалық энергиясын энергияның басқа түріне түрлендіретін техникалық  құрылғылар жиынтығы.

Жел энергиясы қондырғысы  жел агрегатынан (жел қозғалтқышы мен бір немесе бірнеше жұмыстық машиналарды біріктіреді), энергияны аккумуляттаушы (қорын жинаушы) не­месе қуатты резервтеуші құрылғыдан және бірқатар жағдайларда қосалқы қозғалтқыштан (ең алдымен жылулық қозғалтқыштан), сондай-ақ, қондырғының жұмыс режимдерін автоматтық басқару (реттеу) жүйелерінен тұрады. Жел энергиясы қондырғысы арнайы қолданыстық (сорғылық немесе су көтеруші, электрмен зарядтаушы, диірмендік, су тұщыландырушы, т.б.)   және кешенді қолданылатын  жел электр стансалары болып ажыратылады. Жел электр стансасы – желдің кинетикалық энер­гиясын электр энергиясына түрлендіретін қондырғы. Ол жел қозғалтқышынан, электр тогы генераторынан, олардың жұмысын басқаратын автоматтық құрылғыдан, оларды орнату және қызмет көрсетуге арналған құрылыстардан, ғимараттардан тұрады. Желсіз күндерде жұмыс жасауы үшін резервтік жылулық қозғалтқышпен, аккумулятор батареяларымен, гелиоқондырғылармен толықтырылады. Әдетте, жел электр станциясы тұрақты ток генераторларымен жабдықталады. Ол аккумулятор батареяларын зарядтайды. Ал тұтынушыларға қажетті айнымалы ток инвертор деп аталатын арнайы кұрылғыдан алынады. Инвертор тұрақты токты айнымалы токқа түрлендіретін құрылғы болып табылады. Жел электр станцияларын жел жиі тұратын жерлерде, орталықтандырылған электрмен жабдықтау тораптарынан қашық орналасқан ауылдық мекендерде, далалық, шөлейтті, т.б. жерлерде қолданады. Жел энергиясы қондырғысының қуаты 100 кВт-тан бірнеше МВт-қа дейін жетеді. Ең қуатты (3 МВт) жел энергиясы қондырғысы  Германияда салынған (1983). Қазіргі кезде бірлік қуаты 15 МВт-қа дейінгі жел энергиясы қондырғысы  жобалануда.

1.4. Жел энергиясын пайдалану және оның тиімділігі 

Соңғы уақытта әлемде жел энергиясын пайдалану барған сайын өсіп келеді. АҚШ-та 2003-2007 жылдары 4700 мВт электр қуатын өндіретін жел қондырғылары орнатылды. Бұл бұрынғы жылдармен салыстырғанда бірнеше есе артық көрсеткіш. Жалпы алғанда, әлемде соңғы жылдары жел энергетикасының қуатын арттыру 1,2 есе көбейтіліп, 60 мың мВт-ға жетті.

Қазақстан жел энергетикасына аса бай аймақтың бірі болып табылады. Ұлан-ғайыр жер көлемін алып жатқан елімізде желдің орташа жылдық жылдамдығы 4-5 м/с, ал бірқатар өңірлерінде 6 м/с-қа дейін жетеді. Бұл жел энергетикасын өндіру үшін таптырмас қуат көзі екені белгілі. Сарапшылардың зерттеулері бойынша, Қазақстандағы жел энергетикасының жалпы қуаты жылына 1820 млрд. кВт /сағ. электр энергиясын өндіруге мүмкіндік береді екен.

БҰҰ-ның жел энергетикасын дамыту жөніндегі бағдарламасына сәйкес Қазақстанның бірқатар өңірлерінде жел энергиясы қуатына зерттеу жұмыстары жүргізілген. Соған байланысты еліміздің бірқатар өңірлері бойынша жел электр стансаларын салу жөніндегі атлас жасалынған. Осы атлас бойынша Оңтүстік өңірде (Алматы, Жамбыл, Оңтүстік Қазақстан облыстарында), Батыс өңірде (Атырау және Маңғыстау облыстарында), Солтүстік өңірде (Ақмола облысында) және Орталық өңірде (Қарағанды облысында) жел электр стансаларын салу жұмыстарының жобасы жасалынған. Алайда, Қазақстанның қазіргі электр энергиялық рыногында жел энергетикасының ресурстары мүлде пайдаланылмайды. Оның басты себебі, электр энергетикалық рыноктағы жел энергетикасы бәсекелестігінің төмендігі болып отыр.  Елімізде 2015 жылға таман жалпы қуаты 300 мВт болатын жел электр стансаларын салу көзделінуде. Атап айтқанда, Жоңғар қақпасында қуаты 50-100 мВт, Шелек дәлізінде 100-200 мВт, Астана қаласында 20 мВт болатын жел электр стансаларын салу жоспарланған.

Жел күші арқылы энергия алудың өзіндік құнының құбылуы жергілікті жердің жел күшіне, салық заңнамасына, мемлекеттік қолдау шараларына және басқа да өлшемдерге байланысты екенін әлемдік тәжірибе көрсетіп отыр. Мәселен, Германияда жел станцияларынан алынған энергия құны 1 кВт/сағатына 9 цент, АҚШ-та – 6 цент, Ұлыбританияда -13-14 цент. Біздегі бағасы 2 теңге.

Әлемдік жел энергетикалық секторы өсу қарқынының орташа көрсеткіші 29%-дан астам болды, және ол жыл сайын ұлғаюда. Бұл дерек жел энергетикалық саланы дамытудың келешегін және мақсатқа сәйкестілігін растайды.

Жел энергиясы – біздің қазіргі жағдайымызда экономикалық және экологиялық жағынан тиімді екендігі сөзсіз. Өйткені, одан ауаға тарайтын улы газдар ондаған есе аз шығады, ал, электр энергияның құны қазіргідей газ жағып алғандағыға қарағанда 5 есе арзан болмақ. Яғни, техникалық-экономикалық сипаттамалары жағынан алғанда жел турбиналарын орнату – табылған ақыл. Біздің өскелең аймағымызға энергия қуаты жылдан жылға көбірек қажет болады. Ол сұранысты қазір бар қуат көздерімен қамтамасыз ету мүмкін емес.

Әлемге үлкен зиянын тигізген мұнай, көмір және табиғи газдың көміртегі қалдықтарын осы жаңа энергетика көздері арқылы алдын алу мүмкіндігі бар. Осының бір нәтижесі ретінде бүгін әлемде жел энергетикасының қолданысы күн өткен сайын жайылуда. Жер шарының барлық жерінде аз не көп энергия беретін бір жел күші бар. Осы күш – әрі арзан, әрі мол. Сондай-ақ таза бір энергетика көзі.

Жеңіл табылатын және үздіксіз қолданысы бар осы көз әлемдегі барлық электр күшіне жауап беретіндей көп. Адамзат баласының күнделікті тіршілігінде желдің күшінен пайдалана бастауы бұрынғы замандарға сүйенеді. Осыған мысал ретінде желкенді қайықтар мен жел диірменін көрсетуге болады.

Жел күшінен, атмосферада ауа массасының қозғалысынан заряд энергиясы пайда болады. Сондықтан жел күшін арнайы қондырғылар көмегі арқылы электр энергиясына айналдыруға болады.

Жел күшін қолдану, оның жылдамдығына және бағытына байланысты. Мысалы: жылдамдығы 5 – 8 м/с жел — қалыпты жел, 14 м/с жел — күшті жел, 20-25 м/с жел — құйын, ал жылдамдығы 30 м/с-тан асатын жел дауыл деп есептеледі. Ғалымдардың зерттеуінің нәтижесінде бір шаршы километр жердің бетінен шамамен қуаты 250 — 750 кВт электр энергиясын алуға болатындығы анықталды. Ол жылына 2,19 — 6,57 млн. кВт/ сағ. электр энергияны өндіргенмен тең.

Жел электр энергиясының қуаты шамамен 100 — 400 кВт. Қазіргі уақытта өндірісте қуатты жел агрегаттары дайындалуда. Жел қондырғылары ауыл шаруашылығында, электр жүйесі қиыншылықпен жететін аудандарда, метрологиялық стансаларда және басқада шаруашылықта пайдаланылады. Жел қатты тұратын шалғай Мойынқұм, Талас, Сарысу аудандарында орналасқан шаруа қожалықтарында жел энергетика қондырғысын   орнату аса қажет.  Шаруа қожалықтарындағы  жем, ұн, су тасу, ағаш кесу жұмыстары үшінде жел күшін пайдаланса өте тиімді болар еді. Мысалы, фермер 300-400 шақырым жерден  дәнді ұнтақтау үшін көп шығынданбай-ақ өзінің жел диірменінде өңдеп алар еді. Менің ұсынысым: осындай шалғай аудандарда жел қондарғыларын көптеп орнатып, шалғай аудандардағы халықтың жағдайын жақсартсам, сонда жеке қожалықтардың да саны көбейіп,  табысы да артар еді.  Қазқстанның өркениетті елдер қатарынан көрінуіне үлесімді қоссам деймін.

Теориялық тұрғыдан қарағанда жылына 18.000 млрд.кВт/сағ. электр энергиясы өндірілуі мүмкін.  Дүние жүзінде АҚШ, Дания, Жапония, Испания жел энергиясын электр энергиясына түрлендіру жөнінде көптеген ғылыми — зерттеу жұмысын іске асыруда. Жел күшін пайдаланатын электр стансалары сан жағынан   аз,   қуаты  да  нашар және   олардың  жұмыс   істеуі   ауа-райының жағдайларымен  тікелей   байланысты.   Сондықтан   жел  электр  қондырғылары кейбір арнаулы қажеттерге ғана қолдануда. Сонымен қатар жел электр қондырғысы біздің Жамбыл облысының Қаратау жерінде салынған.

Жел – атмосферадағы ауаның жер бетіне параллель бағытта қозғалуы. Жел атмосфера қабаттарында қысымның біркелкі таралмауынан пайда болады, әрі жоғарғы қысымнан төменгі қысымға қарай бағытталады. Ауа қысымы уақыт пен кеңістікте үздіксіз өзгеретіндіктен желдің жылдамдығы мен бағыты үнемі өзгеріп отырады. Желдің бағытын көкжиектің қай бағытынан соғуына байланысты анықтайды және оны градуспен немесе румбымен (16 румбылық жүйемен), ал жылдамдығын – м/с, км/сағ, узелмен немесе балмен (Бофорт шкаласы бойынша) өрнектейді. Биіктікке көтерілген сайын үйкеліс күшінің азайуына байланысты жел қуаты өзгереді, сонымен қатар ол градиенттерінің өзгеруіне тәуелді болады. Жел үлкен аумақты қамти отырып көлемі ауа ағындарын (муссондар, пассаттар т.б.) туғызады, осыдан жергілікті және жалпы атмосфералық айналым пайда болады. Қазақстанның барлық өңірінде (әсіресе жазық жерлерде) күшті желдер жиі болып тұрады, оның максимумы қыс айларына (40-45 м/с) көктем мен күзге (20-35 м/с) келеді. Өте күшті желдер Каспий жағалауы және биік тау асулары мен аңғарларында  байқалады. Дүние жүзілік желдер жіктеліміне Қазақстан аумағында тұрақты соғатын 23 жел түрі тіркелген. Оларды Қазақстан аумақтары бойынша мынадай аумақтарға бөледі: ашық далада (Жосалы, сілеті, т.б); шөл және шөлейт, үлкен ашық су қоймалары төңірегінде (Каспий, Балқаш, Алакөл, т.б.); тау аңғарларында және тау аралық өңірлерінде («Жетісу қақпасы», «Шілік аңғары», «Жаңғызтөбе», «Қордай», т.б.); орташа биіктіктегі таулар мен қырқаларда соғатын желдер.

Желдің таралуы, атмосфера қысымының таралуы мен жер бедеріне тікелей байланысты. Желдің климатқа әсері зор. Ол ауа массаларын қозғалысқа келтіреді, сонымен бірге жылу мен суық, ылғал әкеледі. Қазақстан жерін шығыстан батысқа қарай шамамен 50⁰ с.е. бойымен жоғары қысым (Воейков белдеуі) кесіп өтеді. Ол-Сібір антициклонының оңтүстік-батыс тармағы. Қысты да, жазда да қалыптасатын бұл жоғарғы қысымды белдеу республиканың жазық  бөлігіндегі негізгі жел айрық болып есептеледі. Қыста осы жоғары қысымды белдеуден солтүстікке қарай оңтүстік және оңтүстік-батыс желі, ал оңтүстікке солтүстік және солтүстік – шығыс желі басым соғады. Жоғары қысымды белдеуден алыстаған сайын желдің жылдамдығы баяулайды. Қаңтар айында Орталық Қазақстанда желдің орташа айлық жылдамдығы 4-6 м/сек, ал оңтүстігінде ол 2-4 м/сек-қа дейін баяулайды. Жазда желдің жылдамдығы баяулайды. Олардың орташа айлық жылдамдығы шілдеде солтүстік аймақта 2-3 м/сек., оңтүстікте 1-2 м/сек.

Қазақстанның биік таулы аймақтарында қыста да жазда да желдің екпіні  біршама күшті келеді. Тауларда желдің негізгі бір түрі- жазда соғатын және тәулік ішінде бағытын өзгертіп отыратын (таңертең жазықтан , кеш бата таудан ) жел түрлері басым. Бұларды тау аңғарлық жел деп атайды.

Тау аралық аңғарларда және қазаншұңқырларда, мысалы, Жоңғар қақпасы мен Іле аңғары сияқты жерлерде соғатын жергілікті жел де бар. Жоңғар қақпасы арқылы жергілікті сайқан және ебі желі, Іле аңғарымен шілік желі соғады. Жылдамдығы      15-20 м/сек-тан немесе сағатына 72 км/сағ  асатын қатты соққан желді дауыл деп атайды. Жылдамдығы 30м/сек-тан жоғары болатын қатты желдерге тоқталайық..

            Жел өрнегі – көп жылдық бақылаулар нәтижесінде белгілі бір аймақтағы желдің басым бағытын көрнекі түрде көрсететін векторлық диаграмма. Әдетте, айлық, маусымдық және жылдық болып бөлінеді. Диаграмманың ортасынан түрлі бағытқа қарай тарайтын сәуле-сызық жүргізіледі. Сәуле сызықтың ұзындығы желдің қайталану мөлшеріне пропорционал келеді. Әр кесіндінің ұштары түзу сызықтармен қосылады. Кейде арнаулы жел өрнегі жасалады, мысалы, сәуле-сызық  бойына желмен бірге ауаның температурасы, жауын-шашын мөлшері түсіріледі.

            Сайқан желі — Ебі желіне кері бағытта Жоңғар қақпасы арқылы Орталық Азияға қарай соғып тұратын жел. Алакөл үстінде жоғары қысым орнағанда, антициклон тұрақтап күшіне енген кезде,Сайқан желі солтүстік-батыстан оңтүстік-шығысқа қарай соғады. Желдің жылдамдығы 50-60 м/сек. Алакөл ойысында температура 30-37° С-қа дейін төмендейді. Сайқан жоталарын бойлай соғатын болатындықтан,  Сайқан желі деп аталады. Жел қыркүйек пен сәуір айлары аралығында күшті соғып, қалған айларда бәсеңдейді. Қатты соққан кезде Алакөлдің су деңгейі 1 м-ге дейін көтерілді. Табиғат жағдайына желдің тигізер зияны көп.  Сайқан желі 2-3 тәулікке созылуы мүмкін. Жауған қарды ұшырып, топырақты құрғатады, мал басын шығынға ұшыратып, жол қатынасын қиындатады, балық аулауға зиянын тигізеді.

            Шілік желі – Шілік өзені бастау алатын мұздықтар өңіріндегі салқын ауаның Іле аңғарына қарай ығысуынан пайда болады. Жел өзен аңғарын бойлап, күндіз солтүстік батыстан оңтүстік-шығысқа, түнде керісінше бағытта  соғады. Жыл бойы жылдамдығы 8-10 м/сек. Қыста үдей соққан жел қарды ұшырып, жол қатынасын қиындатады.

            Арыстанды-Қарабас желі – Қаратау жотасының оңтүстік-батыс беткейіндегі Арыстанды өзенінің аңғарымен соғады. Жел Мойынқұмның үстімен өткенде құм түйіршіктерін суырып, құмды қара бұрқасын тұрады, жолдың көріну қашықтығы азаяды. Сондықтан бұл желді халық Қарабас желі деп атаған. Оның күшті болу себебі, біріншіден, ауа ағыны қызылту және Шақпақ  арасындағы  тау асуынан өткенде ауа ағынының жылдамдығы артады, екіншіден Арыстанды өзенінің аңғарында оның екпіні одан да күшейе түседі. Арыстанды-Қарабас желі  солтүстіктен үзбей соғып тұрады. Оның  жылдамдығы 35 м/сек.

            Қордай желі – Жамбыл облысының оңтүстік – шығысындағы Жетіжол жотасы мен Кіндіктас тау аралығындағы  Қордай асуының үстінен соғатын жел. Қазақстан жерінде қыста Сібір  антициклон орнаған  кезде жылдамдығы 40 м/сек-қа (сағатына 144 км-ге) жетеді. Бұл өңірде  жылына шамамен 55 күн күшті жел соғады.

            Мұғалжар желі – Мұғалжар тауынан соғады, әсері Маңғыстау, Атырау, Ақтөбе   облыстарының  оңтүстігінде байқалады. Мұғалжар желі күзде  осы өңірге  солтүстік батыстан келеді.

Ебі желі – Ебі желі Жоңғар Алатауының оңтүстік шығысындағы Қытайда орналасқан Ебінұр көлі қазаншұңқырында, жоғары қысым пайда болғанда соғады. Осы кезде төменгі қысым аймағы пайда болады. Жоңғар Қақпасы – тар тектоникалық жарық, ені 20 км-ден 40 км болатын, ең тар жері-10 км шамасында. Ауа тау жоталарының арасымен қысылып, үйкеліске ұшырап өтеді, жылдамдығы секундына 60-80 м-ге жетеді. Қыс кезінде қысылып өткен ауаның температурасы қоршаған ортасынан 8-10° С жоғары болады. Сондықтан ол жылы желге жатады. Жалпы бұл жел жыл ішінде орта есеппен 70-100 күндей соғады. Жазда Еуразия материгі қызған кезде Ебінұр қазаншұқыры үстінде жоғары қысым сирек кездеседі. Ебі желі де баяулайды. Ебі желін алғаш рет сипаттап жазған қазақтың ғұлама ғалымы Шоқан Уәлиханов. Жоңғар қақпасынан  ескен күшті жел Алакөл маңы көлдерінен балық аулауды қиындатады,жол қатынасына, басқа да шаруашылыққа зиянын тигізеді.

Халықаралық сарапшылардың есептеуінше Қазақстанда соғатын желдің жылдамдық күші 15 метр биіктікте орта есеппен секундына 27-35 метрден асады. Бұл дегеніміз орасан мүмкіндік. Себебі, Еуропа елдерінде желдің жылдамдығы секундына 4-5 метр жағдайында болса да, жел қуатын пайдаланатын энергетикасын жолға қойып алған деседі. Мәселен, Голландия 2020 жылға қарай жел қуатын пайдалануды 6 мың МВт-қа жеткізуді көздеп отыр. Мамандар еліміздегі жоғарыда айтылған әлеуетті пайдалана алсақ, жылына 900 мың ГегаВатт-сағат электр қуатын өндіруге болатынын  айтады. Қазақ даласында қысы-жазы тоқтаусыз соғып тұратын жел өтінің қуаттылығы жағынан Жоңғар қақпасы алдыңғы орында. Жоңғар қақпасынан соғатын желдің жылдық орташа жылдамдығы 9,68 м/с құрайды. Ел аузында «Ебінің желі» деп аталатын осынау қақпадан соғатын алапат дауыл жел электр стансасының қуатын жылына 5 мың МВт/с-қа дейін арттыруға мүмкіндік бермек. Ал, Алматы облысындағы Шелек дәлізінен соғатын желдің жылдамдығы 7,77 м/с-қа тең. Сондай-ақ, желдің соғу жылдамдығы Ақтау-портында 7,83 м/с, Елорданың маңайында 6,8 м/с, Ерейментауда                        7,79 м/с, Қарқаралыда 6,26 м/с, Арқалықта 6,93 м/с, Оңтүстік Қазақстан облысындағы Жүзімдік ауылы мен Атыраудағы Қарабатан теміржол станциясы аумағында 7,5 м/с құрайды екен. Егер еліміздегі осынау табиғи қуатты іске Ебі желін  ел игілігіне айналдыру мақсатында жасалған жел қондырғылыры  жарата алсақ, қолданысқа енгізілетін жел қондырғыларының жиындық қуаты 550 МгВт-ты құрап, ал жылдық электр энергиясын өндіру көлемі 1,65 млрд. кВт-сағатқа тең болмақ. Алайда, осынша үлкен әлеуетке қарамастан елімізде жел энергиясын іске асыра алмай келеміз. Оған себеп, Қазақстанда әлемнің кейбір мемлекеттеріндей энергияның балама көздеріне аса үлкен қажеттіліктің болмауында. Елімізде қуат көзінің екі түрі гидроэлектрстансалары (ГЭС) мен жылуэлектрстансалары (ЖЭС) бар. Ал, атом электрстансалары (АЭС) мен балама энергия көздері туралы әңгіме енді-енді қозғала бастады. Өйткені, өз ішіміздегі энергетиканың 87% пайызы көмір станцияларынан өндіріледі.

Балама қуат түрлері – жел, күн энергиялары жеткілікті түрде дамымағандықтан, әзірше, электр энергиясының базалық көзіне айнала алмай отыр.

Практикалық бөлім 

Жел күшін электр энергиясына айналдыру бойынша эксперименттік жұмыстар жүргіздім. Соның нәтижесінде, жел энергиясын қолдану, оның жылдамдығына байланысты екеніне көз жеткіздім.

Мен төмендегі бірінші сұлбаны жинап  жел электр қондырғысының шағын макетін жасадым (2 сурет). Ол үшін қуаты 3 Вт кернеуі 6 В-тық генераторды ажыратып қосқыш арқылы 4 диодтан тұратын тұрақтандырғышты тұтұнушыға (жарықтандырушы диод) жалғап, жел қозғалтқышының қалағын  айналдыру арқылы жел күшінен электр энергиясын алдым (1-ші сұлба). Диод біржақты өткізгіш элемент ретінде бағыт беруші түзеткіш ретінде пайдаланады. Егер диодты айнымалы тоқ көзіне қосса онда тұрақты тоқ алынады.

Осындай қарапайым шағын құрылғы арқылы жел күшінен электр тоғын алсақ, оны шалғай аудандарда  көптеп салып еліміздің экономикасын көтеруге өз үлесімді қоссам деймін. 

Қорытынды 

Бұл жұмыста жел күшін электр энергиясына айналдыру немесе алмастыру қарастырылған. Жел қуатын пайдаланатын стансалар Қазатстанның және ТМД аймағындағы энергиялық кішкене стансалар жұмысы мен қуаты көрсетілген. Осы жұмысты орындау мақсатында әдебиеттерге шығармашылық ізденістер жасалды. Зерттеу барысында мынандай мәселелер қарастырылды:

• Қазақстан электр энергиясының даму бағыттары;
• Энегияның балама көздері;
• Жел энергиясы;
• Жел энергетикасы қондырғысы;
• Жел энергиясының тиімділігі, пайдалануы;
• Жел электр стансаларын салуға қолайлы аймақтар;
• Жел электр стансаларын салу проблемалары;

Осындай зерттеулер негізінде мынадай ұсыныс жасалады:

-шалғай аудандарда жел энергетикасы қондырғыларын көптеп салу арқылы халықтың жағдайын жеңілдету.

-осы бағытта кешенді ғылыми-жобалық зерттеулер жүргізу

-мектептерде қарапайым энергия көздерін алуға байланысты оқушылардың қызығушылығын арттыратын физика үйірмесін  ашу

-физикалық зерттеулерді жүргізуге үнемі көңіл бөлу

Қорыта келгенде, қазір елімізде жаңа энергетикалық қуат көздері құрылысын салу жөніндегі көлемді жоба әзірленуде.

Жұмыстың өзектілігін зерттеу барысында  іс жүзінде желден қосымша энергия алатын қондырғының моделі құрастырылды.

Жалпы, физика ғылымы техникалық жағынан даму ісіне зор үлес қосатындығын, осындай ғылыми-жобалық зерттеулерді үнемі жүргізудің іс жүзінде маңызы бар деуге болады.

Өзіміз тұрып жатқан жерді аман сақтау үшін жердің қойнауындағы қазба байлықты ысырап етуді, ауаға лас газдарды таратуды доғарып, энергетиканы балама түрлеріне көшуіміз керек. Сондықтан біз энергия жүйеміздің қызметін әлем елі болып қайта қарауымыз керек. Ол үшін, я, энергия тұтынуды азайту керек, я болмаса, энергия көздерін қауіпсіз ету жолдарын іздеу керек сияқты. Яғни,    табиғи желдің күшін пайдаланып, сол сияқты күн сәулесінің энергиясын жинақтап адамзат игілігіне құдайдың құдіретімен біздерге ұдайы беріліп тұрған таусылмайтын, сарқылмайтын, тегін қуаттар көздерін жарату жолдарын қарастыру керек. Өйткені, бұлар табиғатта таза қалпында сақтап қалуға өлшеусіз жәрдемі мол, себебі олар – табиғаттың өзінен туындаған заттар. Міне, сондықтан да болашақ – осы көздерді тиімді пайдалану жолын, әлем елі болып мұны бүгінгі күннен бастап қолға алғаны бірден-бір дұрыс шешім болар еді.

Бір сөзбен айтқанда, ел энергетикасының келешегі де айғақты, көтерер жүгі де салмақты.

Пайдаланылған әдебиеттер:

 Г. Прищеп. «Учебник сельского электрика »

Москва  «Колос» 1973ж

2. «Энциклопедический словарь юного техника»

Москва «Педагогика» 1980ж

3. Бекбаев«Автоматика және өндірістік процестерді автоматтандыру»

Алматы «Білім» 1995ж

4. Хожин. « Электрлік стансалары мен қосалқы стансалары»

Алматы 1998ж

5. В.Г.Кутвинов «Основы промышленной электроника»

Москва  1972ж

6. А.Т.Глазунов «орта мектептің физика курсындағы техника»

Алматы. Мектеп,1980ж.

7. Б.В. Зубков, С.В.Чумаков «энциклопедический словарь юного техника»

Москва. Педагогика, 1987г

8. Большой илюстрированный справочник страны и континенты.

Москва. Махаон, 2005г

9. Интернет желесі: Google. kz. Казатомпром, Қазақстан бүгін, Айқын, Егемен Қазақстан сайттары.