Болашақтың сарқылмас энергия көздері

Болашақтың сарқылмас энергия көздері 

Қоғам дамыған сайын энергия тұтыну қажеттігі қарқындап өсе түседі. Әсіресе электр энергиясының орны ерекше, себебі энергияның басқа түрлерімен салыстырғандағы, оның бірнеше артықшылықтары электр энергиясын өте аз шығынмен энергияның кез келген басқа түріне оңай айналдыруға және оны алыс қашықтыққа жеткізуге мүмкіндік береді. Электр энергетикасы — энергетиканың басты құрастырушысы, оның басты міндеті — электр энергиясының тұтынушыларын электрлік энергиямен жабдықтау үшін электр энергиясын тиімді жолмен өндіру, тарату және үлестіру. 
Бұл сала кез келген елдің әлеуметтік және эконономикалық дамуының маңызды бөлігі, себебі электр энергиясының энергияның басқа тасымалдаушыларынан көрі бірқатар ерекшеліктері бар: үлкен қашықтыққа таратудың, тұтынушылар арасында үлестірудің және энергияның басқа түрлеріне (механикалық, жылулық, химиялық, жарықтық және басқа да…) түрлендірудің салыстырмалы жеңілдігі. 
Электрлік энергияның мағызды өзгешілігі — оны бір уақытта өндіріп, сол уақытта тұтынуға болаты. 
Электр энергиясын өндіру  жоллдары: 
I.Жылу электрлік стансасы (ЖЭС): 
1.Конденсациялық электрлік стансасы (КЭС) Атомдық электрлік стансасы (АЭС). 
II.Су электрлік стансасы (СЭС): 
1.су жинаушы электрлік стансасы (СЖЭС). 
Электр тарату желілері (ЭТЖ) арқылы бір-бірімен және тұтынушылармен біріктірілген электрлік стансалар электрлік жүйелерді құрайды. 
 
Электр энергиясы айнымалы токтың индукциялық генераторларынан әр түрлі электр станцияларында өндіріледі. Электр станциялары көмір мен мұнай қорларының жанында (жылу электр станциялары) немесе өзен-сулардың бойында (су электр станциялары) тұрғызылады. Жылу электр стандияларында отынның (мысалы, көмірдің) жылу энергиясы электр энергиясына түрленеді. Жоғары қысымда қызған бу ағыны бу турбинасының роторын айналдырады, сонда онымен бір оське орнатылған генератордың роторы да айналады. Су электр станцияларында судың механикалық энергиясы электр энергиясына түрленеді. Өзенді бөгеп, платинамен суды биікке көтереді. Биіктен гидравликалық турбинаның қалақшаларына құлаған су ағыны оны генератордың роторымен қоса айналдырады. 
Қазіргі кезде дүние жүзінде өндірілетін электр энергиясының біраз бөлігі атом электр станцияларында өндіріледі. Мұнда ауыр ядролардың тізбекті реакциясы кезінде бөлінген атомның ішкі энергиясы электр энергиясына түрленеді. Тізбекті реакция ядролық реактор деп аталатын қондырғыларда жүреді. Бұл туралы біз ядролық физика тарауында кеңірек айтамыз. Электр станцияларының отын немесе су қорларының жанында орналасуынан, электр энергиясын тұтынушыға дейін жеткізу мәселесі туады. Алыс қашықтыққа электр тасымалдау желісінде шығын көбейеді. Джоуль-Ленц заңы бойынша  Q= I² Rt, ал R=p_s^l — екенін ескерсек, электр желісінің ұзындығы L  артқан сайын, шығын да көбейеді. Оны қалай азайтуға болады? 
Кедергіні азайту үшін сымдардың көлденең қимасының ауданын арттыру (жуан сымдарды пайдалану) немесе меншікті кедергісі аз материалдарды (мысалы, күмісті) қолдану керек. Бұл екі жолдың да іс жүзінде тиімділігі жоқ екені өз-өзінен түсінікті. Джоуль—Ленц заңының өрнегіне қарасақ, шығынды азайтудың тағы бір жолы — ток күшін азайту екенін көреміз. Бірақ берілетін қуат өзгермей қалуы тиіс. Қуат ток күші мен кернеудің көбейтіндісіне тең болғандықтан, ток күшін неше есе азайтсақ, кернеуді сонша есе арттыру керек. Олай болса, электр энергиясын жеткізу мәселесі токты трансформациялаумен байланысты. 
Генератордың өндіретін кернеуі U₀ , ал жүктеменің тұтынатын кернеуі U болсын. Онда U₀=U+IZ , мұндағы Z — желінің толық кедергісі. Әдетте, желінің активті кедергісі оның реактивті кедергісінен әлдеқайда артық болып келеді. Сондықтан желідегі кернеудің түсуі оның активті кедергісімен анықталады: U₀=-U=IR . Олай болса, желідегі энергия шығыны былай есептеледі:

Q=I²Rt=(U₀-U)It 
Генератордың берілген қуаты үшін желідегі энергия шығыны оған түсірілген кернеуге кері пропорционал.

Генератордың  қуаты P тұрақты болғанда, желіге берілген кернеудің U₁ және U₂ мәндері үшін энергия шығынын есептейік:

бұлардың қатынасы: 
 

Егер желіге берілетін  кернеу жеткілікті түрде жоғары болмаса, уақыт бірлігі ішінде сымдардағы шығын генератордың қуатынан асып кетуі  мүмкін, онда энергия тұтынушыға мүлдем жетпей қалады. Осы айтылғандардан электр желісіне жоғары кернеу беру керек  екені түсінікті. Айнымалы ток генераторларының өндіретін кернеуі жуықтап алғанда 20 кВ-тан аспайды. Сондықтан электр станцияларында жоғарылатқыш трансформаторлар қойылады. Әдетте, кернеу бірнеше саты жоғарылатылып барып, электр желісіне беріледі. Желінің аяғында кернеу бірнеше саты төмендетіліп, бұдан  соң тұтынушыға беріледі. Біздің елде 220 В кернеу кеңінен қолданылады. 
Тұрақты токты желімен тасымалдаса, шығын айнымалы токпен салыстырғаыда әлдеқайда аз болар еді. Біріншіден, қайта магниттелуге шығын жоқ, екіншіден, реактивті кедергі нөлге тең. Бірақ тұрақты токты трансформациялауға болмайды, трансформатор электромагниттік индукцияның негізінде жұмыс істейді ғой. Алдымен, айнымалы токты жоғары кернеуге трансформациялап, содан кейін оны түзетіп, желіге жіберуге болады.

Тұтынушыға жеткен соң тұрақты токты қайтадан айнымалы токқа айналдырып, кернеуді қажет  мәнге дейін төмендетуге болар  еді. Бірақ тұрақты токты қайтадан айнымалы токқа айналдырудың қиыншылықтары  бар. Сондықтан қазіргі кезде, негізінен, айнымалы ток қолданылады. 
Қазіргі кезде адамзат қоғамының өмірін энергиясыз елестету мүмкін емес. Кеш бата бәріміз электр жарығымен өмір сүреміз, үйдегі көптеген электр құралдары, демалыс, көңіл көтеру орындарының тіршілігі, бүкіл өндіріс, өнімдерді өңдеу, басқа да қажетті заттарды жасау технологиялары электр энергиясын қолдана отырып жүзеге асатынын білеміз.

Жел – қуат көзі

Жел энергиясы  жөніндегі әлемдік кеңестің мәліметі бойынша, 2020 жылы жел электр стансалары өндіретін электр энергиясының көлемі жаһандық тұ¬ты¬ну деңгейінің 12 пайызын  қамтамасыз етуі мүмкін. Бұл орайда жаңадан 1,4 миллион жұмыс орны ашылып, ауаға таралатын көмірқышқыл  газының кө-ле¬мі жылына 1,5 миллиард тоннаға дейін азаяды. Яғни қазіргі  көлемінен 5 есе қысқаратын болады. Ал 2030 жылға таман жаһандық энергетикалық  өндірісте жел энергетикасының  үлесі 20 пайызға жетпек. Жел энергиясы  жөніндегі әлем¬дік кеңес жел  энергетикасының бола¬ша¬ғын 2020, 2030 және 2050 жылдар ке¬зеңінде көрсеткіштер бойынша 3 кезеңге бөліп қарастырады. 
Бірінші кезеңде жел энергетикасын дамытуда жоғарыда айтылған  ХЭА-ның баяндамасына байланысты «жаңа саясат» сценарийі жүзеге асырылатын болады. Бұл сценарий бойынша 2020 жылы жел энергетикасының үлесі 1,4 мың тереватт-сағат (1 тереватт-сағат 1 миллиард киловатт-сағатқа тең) элек¬тр энергиясы өндіріледі. Ал 2011 жылы әлемдегі барлық өндірілген жел энер-гиясының қуаты 480 тереватт-сағатқа тең болды. Бұл өз кезегінде жа¬һандық электр энергиясын тұтынудың 6-6,4 пайызын құрайды. Еуропалық одақтың энергобалансындағы жел энер¬гети¬ка¬сы¬ның үлесі қазір дәл осы кө¬лемде. 2030 жылға таман оның көлемін 2,4 мың тереватт-сағатқа немесе жаһан¬дық тұтыну мөлшерінің 9 пайызына дейін жеткізу көзделініп отыр. 
Қазір жекелеген елдерде жел энер¬гетикасының қуаты елдегі бүкіл электр энергиясына деген сұраныстың бестен бір бөлігін қамтамасыз етеді. Мәселен, Испания және Дания мемлекеттерінде жел генераторлары барлық тұтынатын электр қуатының 20 пайызын, ал Германияда 10 пайызын қанағаттандырады. 2020 жылы ФРГ-да бұл көрсеткіш 20-25 пайызға дейін жеткізілмек. 
Бүкіләлемдік жел энергетикасы ас¬социациясының (БЖЭА) мәліметі бойын¬ша, өткен жылы бүкіл дүние жүзінде жалпы қуаты 40 гигаватт жел қондыр-ғылары орнатылған. Сөйтіп, 2011 жылы әлемдегі барлық жел электр станса-ла¬ры¬ның жалпы қуаты 237 гигаватты құ¬ра¬ды. Бұл 280 ядролық реактор қуаты¬ның көлеміне тең. Айта кетер болсақ, қазір әлемде барлығы 380 ядролық реактор жұмыс істеп тұр. БЖЭА-ның болжамдары бойынша, 2020 жылға таман жел генераторларының жалпы қуаты 4 есе өсіп, 1 мың гигаватт электр қуатын өндіретін болады. Соңғы кезде жел энергетикасын дамыту жөнінде Қытай тұрақты түрде көшбасшы болып келеді. 2011 жылы әлемде орнатылған жаңа жел генераторларының жартысына жуы¬¬ғы Аспан асты елінің үлесіне тиді. Дегенмен, жан басына шақ¬қанда жел генераторы арқылы электр қуатын өн¬діруде Дания, Испания, Германия сияқ¬ты Еуропалық одақтың мемле¬кеттері алда келеді. Жел генераторлары арқылы өндірілген электр қуаты Қытай Халық Республикасында бар¬лық электр қуатының 3 пайызын ғана құрайды. 
Қазір жекелеген үйлерді немесе елді мекендерді энергиямен қамтамасыз ету үшін әлемде жарты миллионнан астам жел энергетикасы қондырғылары орна¬тыл¬ған. Олардың басым көпшілігі ҚХР мен АҚШ-тың үлесіне тиеді. Жел күші арқылы электр энергиясын өндіру бү¬гінгі таңда ең тиімді және үнемді әдіс бола тұрса да, бұл технология әлі де барынша кең қолдау таба алмай отыр. Оның басты себебі, бұл саланы да¬мы¬туға саяси қолдаудың тапшылығында болып отырған сияқты. Сондықтан мұн¬дай электр энергиясына кепілді сатып алу тарифін белгілеген жөн. Заң бойынша белгіленген осы тарифтер арқылы банктер жаңа жел генераторлары құрылысын қаржыландыруға мүд¬делі болуы керек. 
BP Statistical Review of Word Energy агенттігінің мәліметі бойынша, балама энергетика көздерін дамыту жөнінен дүние жүзінде 5 мемлекет көш бастап келеді. Балама қуат көздерін өндіру әлеуеті бойынша бесінші орынды Бразилия иеленеді екен. Мұнда бүкіл дү¬ние жүзіндегі БЭК көлемінің 5 пайызы өндірілетін көрінеді. Биоотын өндіруде көш бас¬тап келе жатқан Бразилия күн қызуын пайдалану арқылы су жылытуда оң жетістіктерге жетіп келеді. Сонымен бірге бұл елде жел энергетикасына инвестиция тарту мәселесі де жоғары деңгейде. Бразилия үкіметі «жасыл энергия» саласына шетелдік инвестиция тартуға мүдделі. 
БЭК бойынша энергия қуатын өндіруде 4-ші орынды Қытай алады екен. Мұнда әлемде өндірілетін БЭК-тің 7,6 пайызы шығарылады. Бүгінде Қытай дүние жүзіндегі ең көп электр қуатын тұтынатын ел болып саналады. Сонымен бірге Қытай мұнай импорт¬тау¬да екінші орынды иеленеді. Соңғы деректер бойынша, аспан асты елі «жасыл энергия» саласына инвестиция салуда дүние жүзінде алдыңғы қатарға шықты. Оның ішінде жел энергетикасын дамытуға бірінші кезекте мән беріліп отыр. БЭК бойынша энергетика қуатын өндіруде үшінші орынды Испания алады екен. Әлемдегі балама қуат көздері арқылы өндірілген энергетика¬ның 7,8 пайызы осы елдің үлесіне тиеді. Бұл ел ішкі тұтыну қажеті үшін электр энергиясын импорттайтын ел болып табылады. Алайда соңғы уа¬қыт¬та Испанияда жел энергетикасын өнді¬ру қарқынды дамып, ел экономикасы¬ның жетекші салаларының біріне айналды. Бүгінде Испанияның энергети¬ка¬лық компаниялары электр қуатын өндіретін жел турбиналарын АҚШ және басқа да шетелдерде орнатып ке¬леді. Ұзақ жылдар бойы үкімет тарапынан бөлінген мол субсидияның арқа¬сында Испанияда БЭК ең тиімді салалардың бірі болып саналды. 
Дүние жүзінде балама қуат көздері арқылы энергетика өндіруде екінші орын¬ды Германия иеленеді. Осы сала¬да¬ғы энергия көлемінің 11,7 пайызы осы елдің үлесіне тиеді. Соңғы кезде Германия 20-22 жылға дейін ядролық энергетикадан толық бас тарту жөнінде міндеттеме алды. Бұл ретте ядролық энергетиканың орнын таза балама қуат көздерімен айырбастауды мақсат тұтып отыр. Балама энергетика көздері арқы¬лы электр энергиясын өндіруде АҚШ әлемдегі көшбасшы ел болып табылады. Дүние жүзіндегі балама қуат көз¬де¬рі арқылы өндірілетін электр қуатының 24,7 пайызы АҚШ-та шығарылады. Алайда АҚШ бұл салаға инвестиция салу көлемі бойынша әлі де Қытайға жете алмай келеді.

Энергия қорларын  үнемдеу жолдары

Күн энергиясы - шешуші экологиялық факторлардың бірі. Атап айтқанда жарық жерде өмір сүретіндердің барлығына дерлігін фотосинтез арқылы энергиямен және құнарлы заттармен қамтамасыз етеді. Тірі ағзалар үшін сөуле толқынының ұзындығы, оның қарқындылығы және сәулелендірудің ұзақтығы қажет. Күн сөулесінің спектрі үш аймаққа бөлінеді, өлар: ультракүлгін, көрінетін жәнө инфрақызыл сәуле шығару аймағы.  
Болашақта энергия балансына жел, күн, шағын ГЭС энергиясының зор әлеуетін тарту және атом энергетикасын дамыту негізін құру жоспарланып отыр. Қазіргі күні Қазақстанның әрбір азаматы күн сайын Қор компанияларының қызметтерін пайдаланып отыр. Мәселен, электр энергиясын пайдалану, телефонмен сөйлесу, көлікпен жол жүру және жанар-жағармай құю, қалалардың араларында ұшақпен ұшу, несие мен сақтандырулар секілді жайттарсыз қазіргі кезеңді көзге елестету қиын. Айта кететін нәрсе осы операциялардың еш біреуі электр энергиясынсыз жүзеге аспайды және толықтай біздің қажеттілігімізді қанағаттандырa алмайды. Сондықтан, осы мәселені яғни альтернативті энергия көздерін пайдалануды қазіргі таңдағы басты мәселелердің бірі деп есептеймін. Адамның бірінші қажеттілігі жайлы эссе болғандықтан, осы тақырып міндетті түрде өзекті әрі қызықты болмақ. 
Электр энергетикасын қалпына келтіру мәселесі — бұл қауіпсіздік мәселесі, әрі еліміздің болашағы электр энергетикасы мен инфрақұрылымның даму деңгейімен байланысты болып отыр. Бірінші кезекте мемлекеттің бәсекеге қабілеттілігінің стратегиялық міндеті шешілуде, мемлекеттің өзінде инвестициялар жасалып, жұмыс орындары пайда болуы тиіс.

Электр энергетикасын  дамыту экономиканың өзге салаларын  дамытуға мұрындық болмақ (мультипликативті әсер) , қажетті бастапқы энергия  ресурстарының, бірінші кезекте  арзан көмірдің барлығын ескерер  болсақ, елімізде энергия сыйымдылығы  аз, экспортқа бағытталған өндірістердің  дамуына ықпал етпек. Альтернативті  энергия көздерін пайдалану орталықтандырылған энергиямен жабдықтау жүйесіне нақты  балама, әсіресе электр энергиясының тапшылығын көріп отырған алыс аудандарға тиімді болмақ. Сондай-ақ Қазақстанның энергия қоры болып табылатын  қазба байлықтары мен қалпына  келетін энергия көздерінің зор  әлеуетін иелене отырып, қазіргі уақытта  энергия үнемдеу саласында ең соңғы орындардың бірін иеленіп  отыр.

Біз электр және жылу энергиясын өндіру, жеткізу, тарату және пайдалану кездерінде-де энергияны  үнемдеудің қарапайым ережелерін сақтамаудың  куәсі болып жүрміз. Осылай қалыптасқан  жағдайда энергияны үнемдеу мәселесіне қаражат бөлу жаңа энергетика көздерін салумен бара-бар болар еді, себебі энергияны үнемдеудің өзі пайдалану  тұрғысынан қарағанда жаңа энергия  көзін ашумен бірдей. Қазақстанда  энергия үнемдеу әлеуеті 30–35 пайызды  ғана құрайды. Қоғамымыздың барлық салаларында  энергия үнемдеу саясатын дұрыс  жүргізу жедел қолданысқа енгізілетін  сапалы заңның бекітілуін және тұтас  іс-шаралар кешенін орындауды  қажет етеді.Сондықтан қалыптасқан  осындай проблемаларды шешу Ғылыми Технологиялық Революция заманында өте өзекті. Әрине дәстүрлі энергия көзін пайдалану біздің толық электр энергиясына деген сұранысымызды шеше алмайды.

Менің ұсынарым ол басқа да дамыған елдер тәжірибесіндегідей альтернативті энергия көзін пайдалануды дамыту. Мәселен, Жапония 833 МВт, АҚШ 153 МВт және Германия  353 МВтқа альтернативті энергия қорын ұлғайтып үлгерді. Осы елдер тәжірибесіндегідей үлгі алып, салаға жаңа мамандар тартып, елдегі жетекші энергетика компанияларын альтернативті энергияға деген қызығушылықтарын арттырып және шетелдік әрі отандық инвестициялардың тартылуына қолайлы жағдай жасау арқылы біз отандық балама энергия көзін жаңғырта аламыз. Ол әрине мемлекетке, отандық энергетика өндіретін компанияларға және қарапайым халыққа өте тиімді болар еді. Себебі Қазақстан электр энергетикаға әлі де болса тәуелді. Альтернативті энергияны әр түрлі табиғи көздерден алуға болады соның бірі бәрімізге ортақ күн жылуына ерекше тоқталғым келіп отыр. Күннің сарқылмас энергия көзі екені барлығымызға мәлім тек оны  толықтай игере алмаудамыз күн салмағы ыстық газдардан тұратын, айналасына жылу және сәулесін түсірген бір жұлдыз болып қабылданады. Күдіксіз, өте күшті жылуға ие. Күннен шыққан энергияның тек 2 миллионнан бір бөлігі жер шарына жете алады. Күннің жылуы 8,5 минутта жер шарына жетеді. Үш күндік түскен күн жылуы дүниедегі барлық мұнай, көмір және ормандардан алынатын энергиямен тең. Күннің құрамы түгелімен сутек пен гелийден тұрады. Сутек мөлшері 75 пайыз болып табылады.  
Күннен келген жылу және жарық сутегі протондарының бірігіп гелийге айналуы және осы айналу барысында салмағын жоғалтқаны үшін пайда болады. Мұны термоядролық реакция деп атайды. Ортаға шыққан энергия өте үлкен. Секундына 600 миллион тонна сутек гелийге айналады. Осы кезде әр секунд сайын күн 4,5 миллион тонна жеңілдейді. Күндегі ядролық реакция нәтижесінде қызыл бір алау 15-20 мың км-ге көтеріледі. Бұл оқиға күннің бораны деп аталады. Сөйтіп күн өте мол энергия көзін өндіреді шамамен қазіргі сұраныстан 5000 есе артық энергияны  күн бере алады. Күн көзі экологиялық ең таза энергия көзі болып саналады ол қоршаған ортаға ешқандай зардап әкелмейді, дайын күн батареяларын сатып алуға тиісті қаржы болса болғандығы және ашық алаңда осы күн батареяларын орнатып, трансформатор салуға тиімді инвестициялар тарту альтернативті энергия көзіне жаңа өмір сыйлайтын еді. Бұл ойым дамитын болып, көздеген мақсатқа жетер болсақ, кейін қарапайым халық үйлерінің үстіне күн батареяларын орнатып, тәуелсіз тұтынушы мәртебесіне ие болады. Осы сияқты жел яғни табиғи байлықтың тағы бір көзін дәл күн көзі сияқты пайдалану отандық дәстүрлі энергияға деген сұранысты бір шама төмендетері хақ. Ал атом электр станцияларын пайдалану біздің қоршаған ортамызға және сол елді мекендегі адамдардың денсаулығына кері ықпалын тигізерін білеміз. Сондықтан мемлекетке тиімдісі таза экологиялық балама энергия көзі болып саналады деген ойдамын. Осындай тиімді энергия көзідерін толық қанды пайдалана алмасақ күндердің бір күнінде біздің елде үлкен проблема туындауы мүмкін, әрине мемлекеттегі маңызды бір салада проблема болса қарқынды экономикалық даму болмайды. Ол, Қазақстандай дамушы елге кері әсер етеді. Бірақ проблема бар жерде шешімде болуы шарт, жоғарыда қарастырған мәселенің шешімі альтернативті энергия көзін пайдалану дәстүрлі энергетика саласының жарқын болашағы. Ғылымды оның ішінде балама энергетика көзін тұрақты дамытып, ел экономикасының  жанашыры болу әрқайсымыздың қолымызда деп ойымды түйіндегім келеді.