ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА КАЗАХСТАНА И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ

Электроэнергетика Казахстана подразделяется на три зоны: северная, западная и южная.

В целом около 80% вырабатываемой в республике электроэнергии приходится на энергосистемы Северного Казахстана (шесть областей включая Восточно-Казахстанскую). Одновременно северная зона является самым крупным потребителем среди трех зон республики - на нее приходится около 71% всего потребления электроэнергии в Казахстане. Эта зона является единственной, которая удовлетворяет свои потребности в электроэнергии и экспортирует её часть в две другие.

Энергетика западной зоны (четыре области)  ориентирована, в основном, на использование попутных газов нефтяных месторождений и природного газа на тепловых электростанциях, потребление зоны составляет около 12%.

Южная зона с потреблением около 18% её четырех областей испытывает дефицит электроэнергии. Тепловые станции этой зоны работают на привозном топливе и импортном газе. Дефицит электроэнергии покрывается поставкой с севера республики за тысячу и более километров с большими потерями, часть энергии импортируется из соседних стран.

Таким образом, в южной зоне и в северной части западной зоны Казахстана наблюдается значительный дисбаланс между спросом и производством электроэнергии, обе зоны являются крупными импортерами. Поэтому, для достижения электроэнергетической независимости Казахстану необходимо дополнительное строительство энергоисточников в Западном и Южном Казахстане и строительство линии электропередачи Север-Юг в целях выдачи как можно большего количества энергии и мощности от ГРЭС Северного Казахстана в дефицитные области. Однако планируемые темпы роста производства - не менее 10% ежегодно и ориентация на прорывные энергоемкие технологии порождают более высокий спрос на энергию, расходы которой не покроются даже за счет строительства параллельной ЛЭП       «Север-Юг». Поэтому с учетом ожидаемого дефицита развитие альтернативных источников энергии будет востребовано.

Характерной чертой электроэнергетики Казахстана в настоящее время является преобладающее использование органического топлива, поэтому на ближайшую перспективу  выработка электроэнергии  будет производиться, в основном, на мощных тепловых станциях, работающих  на угле, мазуте и газе. Хотя, рано или поздно запасы и этого природного топлива будут исчерпаны, особенно если учесть все возрастающие объемы добычи. В этом случае альтернативная энергетика, если и не заменит существующий способ получения электроэнергии, то, во всяком случае, продлит  сроки использования природных запасов топлива.

Что касается использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) для получения электроэнергии в Республике Казахстан, то в связи с особенностями, обусловленными географическим положением, имеется огромный потенциал ветровой и солнечной энергии, а также гидроэнергетический потенциал на юге Казахстана по отрогам Жетусуйского и Заилийского Алатау.

Энергетический потенциал ветра на территории РК оценивается на уровне 1,8 трлн. кВтч в год, например, потенциальные ресурсы по Южному Казахстану: Алматинская - 3100 млрд. кВтч-год, Жамбыльская - 1800 млрд. кВтч-год, Южно-Казахстанская - 1100 млрд. кВтч-год, Кызылординская -2700 млрд. кВтч-год, что значительно превышает годовую выработку электроэнергии в среднем 68 -70 млрд. кВт-ч. Поэтому государственной программой развития электроэнергетики до 2030 года предусматривается строительство ряда ВЭС мощностью 500 МВт. Это позволит получать два миллиарда кВт/часов электроэнергии в год, сократить использование топлива на 600-800 тыс.т., снизить выбросы парниковых газов (ПГ) на 2 миллиона тонн.

По величине скорости ветра на территории Казахстана можно выделить 3 основных региона среднегодовых скоростей ветров: северный при скоростях 4,5-5,5м/с, западный (прикаспийский) при скоростях 5,5-7 м/с  и юго-восточный при скоростях 5,5-6 м/с. Площадь этих регионов составляет около 40% территории Республики.

Наибольшая скорость ветра по Казахстану наблюдается в районе Жаланашколь, где средняя годовая скорость ветра составляет 8,0 м/с, а число дней, в которые скорость ветра превышает 8,0 м/с, составляет 253 дня. Особенно хорошие возможности для крупной разработки источников ветровой энергии имеются в месторасположении Джунгарских ворот и Шелекского коридора. Джунгарские Ворота (Юго-Восточная часть республики Казахстан) Это межгорный проход шириной в узком месте от 10 до 12км и длиной до 80км. При этом далее хребты Джунгарского Алатау и Джаир образуют естественные заслоны, ориентированные с Юго - Запада на  Северо - Восток, длиной соответственно около 400 и 250км, таким образом, что в проходе между ними природой создано некое подобие естественной аэродинамической трубы (см. рисунок 1).

Скорость запуска существующих в мире ВЭУ начинается, как правило, с 4 до 5м/с. Среднемесячные скорости ветра в указанных районах не опускаются ниже значения 5,5м/с даже в июле то можно констатировать, что ВЭУ практически будут работать круглогодично. При этой скорости ВЭУ могут давать около 10% номинальной мощности. Это хорошо координируется со спадом электропотребления в летнее время. При сильном ветре, большем, например, 12 м/с, ВЭУ вы­рабатывают вполне достаточно электроэнергии, и зачастую ее приходится сбрасывать или запасать. А в холодные месяцы года, когда дуют попеременно ветры северо-­западного или юго-восточного направлений "Евгей" и "Сайкан", представляющие собой одни из редких и интересных примеров орографического усиления ветров, ВЭУ будут выдавать мощности практически равные 100% их номинальной установленной мощности.

Проведенные совместно с независимыми экспертами из Дании исследования по изучению ветропотенциала Джунгарских ворот и Шелекского коридора дали результаты, превышающие в 1,5-2 раза потенциалы лучших зарубежных площадок.

Казахстанские ученые и инженеры вносят определенный вклад в область использования энергии ветра с целью создания и развития ветроэнергетики как отдельной отрасли в Казахстане. Разработанные в Алматинском Университете энергетике и связи опытные виндроторные установки мощностью 2-20 кВт и турбовинтовые модульные установки 1-60 кВт были запущены в Капшагае, Шымбулаке, Чилике, Алаколе, Достыке.

Переход на возобновляемые источники необходим еще и потому, что на их основе при наличии высокого научного потенциала развиваются высокотехнологичные отрасли. Так, например, в Павлодаре начат выпуск мини ВЭУ мощностью до 5 МВт.

Положение Казахстана в умеренных широтах (40 – 55° с.ш.), а также небольшая в среднем величина покрытия неба общей и особенно ниж­ней облачностью определяет высокие значения притока солнечной радиа­ции на его территорию (свыше 2,7 млн. км2).

Фактическая длительность солнечного сияния определяется, кроме астрономических факторов, режимом облачности, в известной степени отражающим развитие циркуляционных процессов.

Раскаленные солнцем громадные пустыни Средней Азии и Казахстана создают условия для образования конвективных потоков воздуха, вследствие которых уровень конденсации водяных паров приподнимается значительно выше на юге республики, что ведет к образованию тонких перистых обла­ков.

Таким образом, получается, что в летние месяцы (июнь –  август) пустынные районы и юг Казахстана получают прямую солнечную радиацию в течение почти всего светлого  времени  суток, что составляет 83 – 96% от максимально возможного значения. Как видно из таблицы 1 среднее годовое число часов солнечного сияния сравнительно небольшое на севере и в предгорьях Заилийского Алатау (приблизительно 2000 часов), где существенное влияние оказывают горы, достигает больших значений к югу Казахстана: Кызылорда – 2936, Шымкент – 2892 часа, что вполне достаточно для покрытия дефицита электроэнергии южного региона.

Кроме того, из таблицы  1 следует, что в Казахстане имеются обширные территории, где солнечное сияние имеет место 8 часов в день и более в течение 6 месяцев подряд, что представляет интерес для рацио­нального размещения тех или иных гелиотехнических установок, работающих лишь при определенной длительности сияния.

 Таблица 1- Число часов солнечного сияния по регионам Казахстана

Населенные пункты	январь	февраль	март	апрель	май	июнь	июль	август	сентябрь	октябрь	ноябрь	декабрь
Кустанай	78	97	149	194	275	305	284	259	178	114	68	57
Атбасар	51	96	139	196	280	281	286	250	180	100	66	49
Астана	84	117	152	211	277	306	303	267	208	125	71	65
Павлодар	96	142	189	234	300	321	314	274	212	145	70	73
Уральск	75	105	145	224	317	333	343	309	220	138	88	66
Атырау	117	131	179	256	324	337	343	321	262	202	129	82
Актобе	92	114	145	226	300	310	312	289	229	144	87	68
Кзылорда	109	169	208	224	338	377	382	360	289	229	153	98
Зайсан	119	141	188	241	285	316	322	295	239	171	112	91
Шымкент	119	145	189	234	310	351	384	367	306	224	148	115
Алматы	115	119	140	195	242	282	316	296	349	198	129	111

 

Проведенный анализ позволяет сказать, что по потенциалу солнечной энергии Казахстан занимает одно из ведущих мест в мире, так как количество солнечных часов составляет 2200-3000 часов при интенсивности солнечного излучения 1300-1800 кВт-м2 в год и суммарной дневной радиации при реальных условиях облачности 3,8-5,2 кВт/м2. Для сравнения: среднее количество солнечных часов во Вьетнаме 2200 ч, Китае - 2500 ч, в Германии, Великобритании, Норвегии, Японии - менее 1000ч. в год.

Гидроэнергетический потенциал Казахстана оценивается в 170 млрд. кВт часов в год. Вместе с тем южная зона, имея на своей территории, сотни малых горных рек располагает 65% запасом всех гидроэнергоресурсов республики, где целесообразно использовать микро и мини ГЭС.

Кроме того, на юге Казахстана, по мнению экспертов, можно покрыть дефицит электроэнергии, соорудив каскад экологически чистых микро и мини ГЭС (без подпорных плотин), поскольку гидроэнергетический потенциал по отрогам Жетусуйского и Заилийского Алатау оценивается не менее чем в 4 ГВт мощности, что составляет почти четверть потенциала энергетики юга. Большое значение имеют малые гидроэлектростанции, мощность которых составляет менее 10 MBт. По результатам обследований, на сегодня существуют, по крайней мере, 453 потенциальных створа малых ГЭС с общей возможной мощностью 1380 МВт. Некоторые из них предусматривают использование существующих ирригационных каналов, что потребует меньших затрат, ресурсов и времени на их осуществление. Только по Алматинской области энергоресурсы малых рек составляют более 2 млрд. кВт-ч. На рисунке 2 приведена карта Алматинской области с действующими и планируемыми малыми ГЭС.

Экономический потенциал микро и мини ГЭС составляет примерно 10% от общего экономического потенциала возобновляемых источников энергии. Но используется этот потенциал в нашей стране менее чем на 0,1%.

Казахстанскими учеными и инженерами в настоящее время разработаны новые модульные модели бесплотинной микро-ГЭС, на которые получены предварительные патенты, также изготовлен опытный образец и проведено испытание. Результаты испытания доказали высокую эффективность разработанной конструкции микро-ГЭС и их конкурентоспособность как на внутреннем, так и на международном рынке.

Многие из разработок казахстанских ученых типа микро-ГЭС прошли успешные испытания, например, установка микро-ГЭС-1, разработанная в РГП «НПЦ механизации сельского хозяйства». Вырабатываемая ею мощность в 1 кВт при расходе воды в 0,32 м2 /с и напоре воды в 4 м вполне достаточна для обеспечения электроэнергией одного жилья животновода в полевых условиях. В Алматинском институте энергетики и связи разработаны опытные горные мини-ГЭС деривационного и топливного типа.

По данным Министерства охраны окружающей среды (МООС) РК, доля использования альтернативных источников энергии от общего энергопотребления в странах ЕС в 2013 году составляла 12%, а к 2040 планируется достичь показателя в 30%. К сожалению, в Казахстане и других странах Центральной Азии этот показатель менее 1 % .

В последние годы в Казахстане прогнозируется значительный рост потребления электроэнергии. Однако глобальные проблемы с энергетикой могут привести к диверсификации энергоснабжения и из страны, экспортирующей энергоносители, Казахстан может трансформироваться в государство, импортирующее энергетические установки возобновляемого типа.

Ученые уже рассматривали два базовых сценария развития электроэнергетики. По оценкам отечественных ученых и специалистов, если сегодня не заниматься альтернативной энергетикой, то к 2024 году Казахстан получит уже не диверсификацию, а монофикацию, львиную долю в которой будет занимать угольная энергетика. Хотя, заметим, что и в угольной отрасли тоже имеется потенциал перехода на новые технологии. Состоится это или нет, другой вопрос.

Что касается другого сценария - перспективы диверсификации, то согласно расчетам специалистов: примерно 22% в структуре потребления электроэнергии в Казахстане могут составить гидростанции, ветроэнергетика и гелиоэнергетика.