Дослідницька робота Математичний погляд на видобування сонячної електроенергії в селищі Степногірськ

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДЕПАРТАМЕНТ ОСВІТИ ТА НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ ВИКОНАВЧОГО ОРГАНУ ВАСИЛІВСЬКОЇ РАЙОННОЇ Ї РАДИ  ЗАПОРІЗЬКОЇ ОБЛАСТІ

                                                                     Відділення: математика

Секція: прикладна математика

Математичний погляд на видобування сонячної електроенергії в селищі  Степногірськ

                                                             Роботу виконала:

                                                             Макушенко Карина Олексіївна,

                                                             11.05.2004 р.н.,  учениця 8 - Б класу

                                                             КЗ «Степногірська загальноосвітня

                                                             школа  І-ІІІ ступенів»  ВРР ЗО

                                                             Науковий  керівник:                                                                                 

                                                             вчитель фізики та математики                        

                                                             КЗ «Степногірська загальноосвітня 

                                                             школа І-ІІІ ступенів»  ВРР ЗО

                                                             вчитель вищої категорії, старший вчитель

                                                             Гавага  Тетяна  Вячеславівна

2018

ВІДГУК

 На науково-дослідницьку роботу учениці 8-Б класу

КЗ «Степногірська  загальноосвітня  школа І-ІІІ ступенів»  ВРР ЗО

Макушенко Карини Олексіївни

      Тему роботи автор вибрав не випадково. Протягом трьох років учні КЗ «Степногірська  загальноосвітня  школа І-ІІІ ступенів»  ВРР ЗО займаються дослідницькою роботою і представляли свої наробки на районному та обласному етапі конкурсу–захисту наукових робіт МАН з таких питань: «Альтернативні джерела електроенергії» (2015р), «Створення  моделі енергозберігаючого будинку з автономною електроенергією» (2016р), бо  альтернативна енергетика  покликана сприяти вирішенню таких  важливих проблем як  енергоефективність,   екологічна  безпека та   відкриття   нового   високотехнологічного   екологічно чистого  підприємства в селищі Степногірськ. Тому авторові було не лише цікаво, а й корисно дослідити існуючу проблему і обрати для цього тему дослідницької роботи  «Математичний погляд на видобування сонячної електроенергії в селищі  Степногірськ».

За підтримки наукового керівника автором було:

• опрацьовано наукову літературу, публікації в джерелах масової інформації та інтернет-ресурсах з даної теми;
• досліджено  умови  побудови сонячної електростанції  в селищі Степногірськ;
•  самостійно виконано вибір та аналіз оптимальних ділянок для спорудження СЕС;
• визначено оптимальну можливість  паралельної роботи сонячної  електростанції з Об’єднаною Енергосистемою України, трансформації  електроенергії в зовнішню електричну мережу  Василівського  району Запорізької області;
• математично обґрунтовано  використання вимірювань на місцевості;

• створено фінансову модель СЕС  потужністю  15 МВт  в селищі;
• сформульовані всі положення та висновки роботи.

      Розміщення  дослідницької  роботи   на сайті селищної ради дало можливість  знайти потенційних інвесторів для побудови сонячної електростанції  в селищі  Степногірськ.   ТОВ  «Альтенерджи» та ТОВ  «Комекс - С»,  рішенням сесії селищної ради від 20.11.2017 року,  отримали дозвіл на виготовлення проектної документації будівництва СЕС потужністю 15 МВт на земельній ділянці площею 34, 088га, що є особистим внеском автора в роботу. Хочеться відмітити уміння автора користуватися сучасними методами дослідження, його відповідальне ставлення до роботи, організованість і самостійність, творчий підхід та ініціативність під час підготовки, проведення досліджень, критично оцінювати та узагальнювати результат.

Р.S.  Поки автор готував дану дослідницьку роботу до участі в VІІІ обласному  конкурсі творчих робіт з математики та інформатики, з’явились  нові  інвестори   для побудови СЕС на земельній ділянці площею 50,056 га в селищі Степногірськ.

Науковий  керівник:                                      Гавага  Тетяна  Вячеславівна                    

вчитель фізики та математики   КЗ «Степногірська загальноосвітня  школа І-ІІІ ступенів»  ВРР ЗО,  вчитель вищої категорії, старший вчитель.

Мета роботи: обґрунтування ефективності сонячної електроенергетики як раціонального шляху вирішення енергетичних, екологічних і соціально - економічних проблем  селища  Степногірськ.

Для досягнення цієї мети в процесі наукового дослідження було поставлено і вирішено наступні завдання:             

1) проаналізувати світові перспективи розвитку сонячної електроенергетики та стан справ в енергосистемі України;

2) вивчити передовий досвід розвинених країн в сфері вирішення техніко-технологічних і економічних проблем розробки і експлуатації сонячних електростанцій різних видів;

3) дослідити умови побудови сонячної електростанції  в селищі, вибрати оптимальну  земельну ділянку для спорудження СЕС  та  визначити оптимальну можливість трансформації електроенергії в зовнішню електричну мережу  Василівського  району Запорізької області;

4) створити  власний  варіант економного розміщення панелей, розмістити свій проект  на сайті селищної ради для залучення інвесторів.   

Об’єкт дослідження:  сонячні електростанції.

Предмет дослідження:  видобування сонячної електроенергії в селищі Степногірськ».

Актуальність: обґрунтування пропозицій щодо раціональних шляхів  підвищення ефективності енергетичної системи України  за рахунок впровадження сонячної електроенергетики. Тема науково-дослідницької роботи є сучасною, тому що питання енергозбереження та енергоефективності з кожним роком стають все більш актуальними. Цьому служать ряд причин, серед яких можна виділити: дефіцит і постійне зменшення природних ресурсів, поступове збільшення їх споживання, питання енергетичної безпеки України, висока енергоємність української економіки, щорічне зростання цін

на імпортовані Україною енергоресурси (газ, нафта). Розв'язанням  цієї проблеми є використання альтернативних джерел енергії, зокрема сонячної. В  Україні річне надходження сонячного випромінювання перебуває на одному рівні з країнами, які активно використовують сьогодні сонячні колектори (Швеція, Німеччина, США тощо). За прогнозами фахівців вже до 2070 року енергія Сонця стане основним джерелом електрики на землі, а до початку наступного століття за своїми обсягами  сонячна  енергетика в 3,5 рази перевищуватиме  нафтову  галузь, і в 6 разів – атомну . Тому авторові було цікаво дослідити існуючу проблему і обрати для цього тему дослідницької роботи «Математичний погляд на видобування сонячної електроенергії в селищі Степногірськ».

Наукова новизна: дослідження нового альтернативного джерела електроенергії.

Методи дослідження:

• вивчення нормативно-правової державної документації;
• опрацювання наукової літератури, публікацій в джерелах масової інформації, інтернет-ресурсах та їх аналіз;
• економіко-математичні методи: аналітичний, статистичний, розрахунковий;
• порівняння, узагальнення, моделювання результатів практичних експериментів.

Практична  значущість  роботи: в селищі Степногірськ проблема нових підприємств та робочих місць стоїть гостро. За останнє десятиліття не відкрилось жодного підприємства. Тому це дослідження  дасть змогу відкритись новому високотехнологічному  підприємству, надати робочі місця мешканцям та поповнити бюджет селища.  Розміщення  дослідницької  роботи   на сайті селищної ради дало можливість  знайти потенційних інвесторів для побудови сонячної електростанції  в селищі Степногірськ. ТОВ  «Альтенерджи» та ТОВ «Комекс-С» рішенням сесії селищної ради від

20.11.2017 року  отримали дозвіл на виготовлення проектної документації будівництва СЕС потужністю 15 МВт. Проведене дослідження є актуальним, цікавим, корисним і  може бути використане вчителями  природничо-математичних наук  на своїх уроках при вивченні курсу «Фізика атома та атомного ядра» та теми «Вимірювання на місцевості». Матеріали роботи можуть бути використані в просвітницькій діяльності серед селищної громади.

ЗМІСТ

Умовні позначення... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..  2                    

ВСТУП... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..  3                                          

РОЗДІЛ 1. Аналіз світових  перспектив розвитку сонячної електроенергетики та стан справ в енергосистемі України.... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...    5

РОЗДІЛ 2. Дослідно-експериментальна робота

2.1. Складання  карти наявності в селищі  Степногірськ вільних земельних ділянок для розміщення об’єктів сонячної енергетики,   розрахунок   їх  площ та орендної плати за землю... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... …  8

2.2. Проведення  розрахунку  вартості  сонячної  електростанції... ... ... .  13                    

2.3. Обчислення   відстаней від поля  до відкритих електричних підстанцій, які знаходяться на території селища... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .  15               

РОЗДІЛ 3.  Створення   власного   варіанту  економного  розміщення сонячних панелей... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...   18                      

ВИСНОВКИ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... …   19                   

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ... ... ... ...  ... ... ... ... ... ... ... … …    21     

ДОДАТКИ.... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .    23

УМОВНІ ПОЗНАЧЕННЯ

СЕС    –   сонячна   електростанція

ТОВ    –   товариство

 ∠     –   кут

 Га       –   гектар

ЛЕП   –   лінії електричнх передач

Додаткові  умовні  позначення будемо вказувати безпосередньо перед задачею,  якщо  це  необхідно. 

ВСТУП

«Нетрадиційна енергетика» -  нетрадиційна тому, що

не скрізь ще у нас є традиція - берегти  рідну природу

          Тему дослідницької  роботи «Математичний погляд на видобування сонячної електроенергії в селищі Степногірськ» вибрано не випадково.  На сьогоднішній день основними джерелами електроенергії є електростанції, які  працюють на вуглеводневому паливі, такому як вугілля (від 30 до 50%,), торф (до 45%), газ і мазут (від 10 до 40%,), атомні електростанції (17-20 %), гідроелектростанції (5%). Але ці способи  отримання електроенергії мають серйозні недоліки: виснаженість вуглеводневих природних ресурсів, загальний дефіцит електроенергії, її дорожнеча і проблеми забруднення навколишнього середовища[8]. Трагічні події в історії атомної енергетики, аварія на Чорнобильській АЕС і на атомній станції в місті Фокусіма  показують  з якими великими ризиками пов'язана експлуатація атомних електростанцій. На думку світових експертів єдиним виходом з ситуації, що склалася,  є розвиток і експлуатація нетрадиційних, альтернативних способів отримання електроенергії. Найбільш перспективним є розвиток сонячної енергетики. У зв'язку з цим світова громадськість визнає сонячну енергетику як безпечний і економічно вигідний спосіб отримання електроенергії без шкоди для навколишнього середовища і людського здоров'я  [1,10].

        Однією з   причин вибору теми «Математичний погляд на видобування сонячної електроенергії в селищі Степногірськ»  стало сприяння вирішенню  головної проблеми селища – відкриття   нового   високотехнологічного   екологічно чистого  підприємства, надання  робочих місць мешканцям та поповнення  бюджету селища. Метою роботи є обґрунтування ефективності сонячної електроенергетики як раціонального шляху вирішення енергетичних, екологічних і соціально - економічних проблем  селища  Степногірськ,  Для досягнення цієї мети в процесі наукового дослідження було поставлено і вирішено наступні завдання:             

1) проаналізувати світові перспективи розвитку сонячної електроенергетики та стан справ в енергосистемі України;

2) вивчити передовий досвід розвинених країн в сфері вирішення техніко-технологічних і економічних проблем розробки і експлуатації сонячних електростанцій різних видів;

3) дослідити умови побудови сонячної електростанції  в селищі, вибрати оптимальну  земельну ділянку для спорудження СЕС  та  визначити оптимальну можливість трансформації електроенергії в зовнішню електричну мережу  Василівського  району Запорізької області;

4) створити  власний  варіант економного розміщення панелей, розмістити свій проект  на сайті селищної ради для залучення інвесторів.   

Об’єкт дослідження:  сонячні електростанції.

Предмет дослідження:  видобування сонячної електроенергії в селищі Степногірськ.

       Проведена робота та отримані результати відкривають можливості для створення сонячних електростанцій на території селища. Розміщення  дослідницької  роботи   на сайті селищної ради дало можливість  знайти потенційних інвесторів для побудови сонячної електростанції  в селищі Степногірськ.  ТОВ  «Альтенерджи» та  « Комекс-С рішенням сесії селищної ради від 20. 11. 2017 року отримали дозвіл на виготовлення проектної документації будівництва СЕС потужністю 15МВт.

РОЗДІЛ 1

Аналіз світових  перспектив розвитку сонячної електроенергетики та стан справ в енергосистемі України

          Ознайомившись з програмою та дорожньою картою  REmap Міжнародного агентства з відновлюваної енергетики (IRENA), концепцію сесії ООН  «Трансформація нашого світу: 2030»,  документами Паризької кліматичної угоди, міжнародними  зобов’язаннями  країн щодо оптимізації та скорочення обсягів викидів парникових  газів,   підготовленими Всесвітнім фондом дикої природи (WWF),  ми побачили, що  світова громадськість, розуміючи реальність загрози глобального потепління, вживає рішучих заходів «…по скороченню викиду в атмосферу продуктів згоряння викопного палива і кожна країна протягом наступних ряду років зобов'язана знизити викиди в атмосферу» [4, с.3-8]. На сьогодні практично всі провідні країни світу розробляють принципово нову ідеологію побудови та функціонування енергетичної галузі з метою надання безпечного, надійного, економічно доцільного та екологічно прийнятного енергозабезпечення споживачів.     Сформувалася тенденція підвищення ролі у світовій енергетиці альтернативних джерел енергії. Незважаючи на помірне збільшення глобального попиту на енергоносії, виробництво енергії альтернативними джерелами продовжує  зростати високими темпами. Дослідження показують, що «…якщо нинішні темпи зростання збережуться, то до 2020 року близько 10% електроенергії в світі може бути отримано за допомогою сонячної енергетики» [1, с 18-20]. На сьогодні частка альтернативних джерел  енергії  та видів палива в світових обсягах енергоспоживання становить 1,6 %. Системні дослідження, виконані під  егідою ООН, показують,  що  частка  відновлюваних джерел  енергії в світовому  балансі  споживання  паливно - енергетичних  ресурсів у 2050 р. може  досягти 50 %  [7].

         За прогнозами фахівців, вже до 2070 року енергія Сонця стане основним джерелом електрики на землі, а до початку наступного століття за своїми обсягами  сонячна  енергетика в 3,5 рази перевищуватиме  нафтову  галузь і в 6 разів – атомну.  Найбільшими виробниками «зеленої» електроенергії  є сім країн, сумарні потужності  яких  становлять 71,5% світових: Китай, США, Німеччина, Італія, Іспанія, Японія та Індія [3].

         В Україні «зелена» енергетика з розряду «дорогих іграшок» все активніше переходить в повсякденне життя. Інститутом Відновлюваної  енергетики  Національної  академії  наук  України  розраховано енергетичний потенціал енергії сонця по території  України та підраховано потенціал відновлюваних джерел енергії у електроенергетиці на 2030 рік та 2035 рік. Згідно з цими розрахунками встановлена потужність сонячних фотоелектричних станцій  сягне  4 ГВт до 2030 року, 8 ГВт – до 2034  [9].  Розроблено Дорожню карту  на  виконання  Національного  плану  дій з відновлюваної енергетики на період до 2020 року, який затверджено розпорядженням Кабінету Міністрів України від 01.01.2014 № 902-р.,  як базового документа у сфері енергоефективності та енергозбереження [6, с.20-21]. 

       Клімат і географічне положення України сприятливе для розвитку сонячної енергетики і будівництва сонячних електростанцій.   Відповідно до Європейської карти розподілу сонячного випромінювання більша частина території України розміщена в області, де потужність сонячного випромінювання перевищує 1000 ват на 1 квадратний метр. (див. рис. 1.1) (Додаток А., А1)

Рис. 1.1      Атлас енергетичного потенціалу сонячного випромінювання по всій  території України

        Враховуючи кліматичні особливості селища  Степногірськ  Василівського району Запорізької області та вивчивши  річний розподіл сонячної радіації, автор вважає цілком ймовірним функціювання сонячної електростанції на території селища.  (Додаток Б, В).   За останні десятиліття в нашій державі зріс інтерес до нових типів електростанцій, однак нині на них припадає лише 1 % виробленої в країні електроенергії, у тому числі 0,6 % - на сонячні електростанції  та  0,4 % - на вітрові.  Станом на 1 січня 2017 року в Україні за «зеленим» тарифом на виробництво електричної енергії працюють 112 об’єктів  сонячної   енергетики.  [10]. 

         Згідно з нашими  обчисленнями «зеленої» електроенергії, виробленої  сонячною електростанцією  потужністю 15МВт,  вистачить для енергозабезпечення  селища Степногірськ та  сіл Кам’янського і Приморського,  але вартість 1-ї  кВт. години  сонячної енергії значно вища, ніж отриманої  традиційним методом (АЕС, ГЕС, тощо).  Тому автор розглянув  можливість  трансформації електроенергії в зовнішню електричну мережу Василівського району Запорізької області.

РОЗДІЛ 2

2.1.  Складання  карти наявності в Степногірську вільних земельних ділянок для розміщення об’єктів сонячної енергетики,   розрахунок   їх  площ та орендної плати за землю.

       Одне з головних питань, яке неминуче виникає перед кожним, хто вирішив зайнятися розрахунком проекту будівництва СЕС – це знайти земельну ділянку несільськогосподарського призначення та визначити її площу. З чотирьох знайдених ділянок, які,  на наш погляд, можна використати для побудови СЕС,  дослідили одну (третю), решта знаходяться  за межами селищної ради. (Їх можливо  використати тоді, коли буде зроблено генеральний план селища по розширенню меж).  (див. рис. 2.1)

Рис. 2.1.   Карта земельних ділянок несільськогосподарського призначення селища  Степногірськ,  які можуть бути використані для розміщення об’єктів сонячної енергії.

       Для знаходження площі вибраної земельної ділянки  розглянемо декілька способів визначення площ на місцевості і скористаємось найбільш зручним. [2, 5].

1. Аналітичний спосіб – площа обчислюється за результатами вимірів ліній на місцевості або по роду їх діяльності (координатами вершин ділянки).

2. Графічний спосіб – площа обчислюється за результатами вимірів ліній на плані (карті).

3.  Геометричний спосіб. Для цього шукану площу розбивають на найпростіші геометричні фігури: трикутники, прямокутники, трапеції.  При криволінійному контурі ділянки його розбивають на фігури таким чином, щоб вони  по можливості ближче збігалися з цим контуром. Потім за планом або за картою  вимірюють відповідні елементи фігур і по геометричним формулами обчислюють їх площі. Сума площ окремих фігур визначається як площа всієї ділянки.

4. Визначення  площі  фігури за допомогою зважування. Якщо, наприклад, фігура, площу якої потрібно визначити, накреслена на картоні, то, вирізавши її, дізнаються ретельно зважуванням:  у скільки разів ця фігура важче сантиметрового квадрата з того ж картону,  в стільки ж разів, очевидно, більше і площа.

 5. Ми скористались програмою GPSmeter і  калькулятором  розрахунку площі земельної ділянки.  Вимірявши сторони земельної ділянки рулеткою  і вказавши  їх  в метрах, отримали наступні дані:  (див. рис. 2.2) 

∠B = 90° ;  ∠ C= 89°;   ∠ D =95° ;  ∠A = 86°.

Довжина діагоналі   BD= 852,9 м,  довжина  діагоналі   AC= 885,1 м

Площа ділянки  3413 м²  = 34.13 га  (масштаб креслення:  1:4)  

Рис. 2.2.     Виміри досліджуваної  земельної ділянки

6. За картою «Земельні ресурси Степногірська» (масштаб карти  1:40 000) площа досліджуваної ділянки  34,088 га.  (див. рис. 2.3)

Рис. 2.3.    План досліджуваної  земельної  ділянки

       За умовами розміщення сонячних панелей, це поле має від’ємний кут нахилу по горизонталі в південному напрямку від 4º13´49´´на довжині  239 м до 5º19´48´´ на довжині 343 м. (ділянка орієнтована на північ), тому для отримання потужності 1 МВт потрібно 2,2 га землі (замість 1,5 га -2 га для  південного   нахилу,  враховується падання тіні).   (Рис.1, Рис.2, Рис.3.  Додатка Г).  Аналогічно досліджені інші земельні ділянки і  за картою знайдені  їх площі. (див. табл. 2.1.)

Таблиця2.1.

Характеристика досліджуваних земельних ділянок

      Для підрахунку орендної плати за землю автор скористався законами  України, а саме:  статтею 21 Закону України „Про оренду землі”, внесеними  змінами  до Податкового кодексу України Законом України від 07.12.2017 №2245-VIII «Про внесення змін до Податкового кодексу України та деяких законодавчих актів України щодо забезпечення збалансованості бюджетних надходжень у 2018 році», передбачено ставка оренди від 3% до 12% нормативної грошової оцінки.  Враховуючи дані  державних документів,  в селищі Степногірськ  нормативна грошова оцінка 1 гектара земельної ділянки несільськогосподарського призначення - 36488,96 грн/рік.  За нашими підрахунками нормативна грошова оцінка земельної ділянки несільськогосподарського призначення площею 34,088 гектарів: 36488,96*34,088 = 1277113,60 грн/рік. 

2.2. Проведення розрахунку вартості сонячної електростанції

      Для правильного розрахунку  систем енергопостачання і обліку різних параметрів, що впливають на їх продуктивність, фахівці використовують спеціальні програми, автокалькулятори і статистичні метеодані — сонячну інсоляцію, швидкість вітру, температуру та інші умови  [3,9].  Не існує єдиного підходу до розрахунку всіх типів систем електропостачання, тому автор зробив пілотний варіант розрахунку  вартості СЕС, розміщеної на 1 гектарі  землі.

Собівартість забудови 1 га землі сонячними  батареями – 20 млн. грн.

За нашими підрахунками на 1 гектарі землі   можна розмістити  близько 4000 сонячних  батарей  по  0,25 кВт кожна  -  разом 1 МВт.

Середній виробіток електроенергії для нашого  регіону з 1 МВт потужності – 1800 МВт *год на рік.

 «Зелений тариф» для наземних сонячних електростанцій з 2015 по 2018 роки – 4,53 грн. за 1 кВт * год, з 2019 по 2022 роки – 4,03 грн. (Може змінюватися в залежності від курсу євро).

Відповідно, річний дохід з 1 га в перші 4 роки:    4,53 * 1 800 000 = 8,2 млн. грн. в рік, ще 4 роки: 4,03 * 1 800 000 = 7,3 млн. грн. на рік.

Дохід за 8 років (з 1 га) :   8,2 * 4 + 7,3 * 4 = 62 млн. грн.

Тоді прибуток дорівнює:   62-20 (початкові вкладення) -0,2 * 8 (витрати) = 40,4 млн. грн. Середньорічний відсоток дорівнює:   40,4 / 20  = 2,02 / 8 (років) = 0,2525 = 25,3% річних.

      Автором розроблена  оглядова оцінка проекту сонячної електростанції наземного розташування на площі 34,088 га в селищі  Степногірськ. (див. табл. 2.2.)

Таблиця2.2.   

Фінансова модель СЕС  потужністю 15 МВт  для  селища  Степногірськ

     Враховуючи умови розміщення сонячних батарей та те, що  ділянка орієнтована на північ,  автором   зроблені  орієнтовні  розрахунки  для  сонячної  електростанції потужністю 15 МВт,  яка призначена для вироблення електричної енергії шляхом перетворення її в екологічно чисту в сонячних кремнієвих фотогальванічних  модулях з наступною її трансформацією   в зовнішню електричну мережу Василівського  району Запорізької області.

2.3. Обчислення   відстаней від поля  до відкритих електричних підстанцій, які знаходяться на території селища

       На території Степногірської селищної ради знаходяться дві відкриті лінії електричних передач (ЛЕП), які  призначені для приймання, перетворення й розподілу електричної енергії  (Рис. 1.  Додаток  Г).  СЕС, яка буде збудована на даній земельній ділянці,   постачатиме електроенергію в мережу за «зеленим» тарифом». (див. рис.2.4.)

Рис. 2.4.    План розміщення земельної ділянки і електричних підстанцій

     Для обчислення   відстаней від поля  до відкритих електричних підстанцій, які знаходяться на території селища, автор розглянув і  вибрав  декілька  способів  [5],  бо по прямій відстань знайти не можливо (є кар’єр, балка та інші перешкоди)   (Рис.2. Додаток  Г)

1спосіб: визначення   відстані до цілей  за  допомогою  кутових  величин. 

       Цей спосіб ґрунтується на понятті тисячної. Тисячна – це одиниця вимірювання відстаней по горизонту, і становить 1/6000 горизонту. Застосування цього  способу  можливо,  якщо  відома  одна з  лінійних  величин предмета – ширина  або  висота. Дальність до предмета визначається за  формулою:

Д = (B*1000) / Y, (2.1)

де Д – дальність до цілі, B – ширина або висота об'єкта в метрах, Y – кутова величина в тисячних. Для того, щоб визначити кутову величину, необхідно знати, що відрізок в 1 мм, віддалений на 50 см від ока відповідає куту в двотисячному (0-02). На підставі цього  існує  метод  визначення  відстаней за допомогою  лінійки:

1). лінійку з міліметровими розподілами  витягнути  на  відстань  50 см;

2). зафіксувати, у скільки поділок на лінійці укладається ширина або висота об'єкта;

3). отриману кількість міліметрів помножити на 2 і підставити у вище наведену формулу.

Для знаходження відстані цим способом, необхідно знайти висоту стовпа високовольтної лінії, який знаходиться на території першої підстанції.

Задача 1. Знайти висоту стовпа високовольтної лінії.

Розв’язок: Сонячним днем взяли звичайну лінійку довжиною  30 см, помістили її перпендикулярно до землі, і заміряли довжину тіні, яку відкидає лінійка. Тінь від лінійки становить  45 см. Ділимо довжину тіні, на довжину лінійки і    отримуємо коефіцієнт: 45 : 30 = 1, 5. Аналогічно знайшли тінь від стовпа, вона становить  12 м.  Далі ділимо довжину тіні стовпа на півтора і отримуємо висоту цього стовпа: 12:1,5=8 м

Задача 2: Висота  стовпа  високовольтної  лінії  8 м при вимірюванні  на лінійці займає 1,0 мм. Знайти відстань до стовпа.

Розв’язок:   За формулою 2.1   відстань  до  стовпа  дорівнює:

 8*1000 /1* 2 = 4000 м

 Аналогічно для другої підстанції знайшли висоту довжини тіней лінійки та стовпа і отримали:  

 (6*1000) / 1,8*2=1667м

2 спосіб: використання  формули визначення дистанції за допомогою лінійки.

Д = (висота об'єкта в см / кількість міліметрів на лінійці) * 5   (2.2),

де Д – відстань до підстанції.

До першої підстанції:  (800/1,1)*5=3650 м; 

До другої підстанції:   (600/1,8)*5=1565 м

3 спосіб: за геокадастровим планом земель Степногірська (див. рис. 2.4.).

Задача 3. Маємо карту з масштабом 1:40 000, відстань до першої підстанції дорівнює 9,5 см на карті. Яка відстань до підстанції  на місцевості?

Розв’язок: масштаб показує, що реальна відстань до підстанції  більша від відповідної відстані на карті у  40 000 разів.

Тому шукана відстань дорівнює 9,5 • 40 000 = 380 000 см = 3800 м.

Аналогічно знаходимо відстань до другої  підстанції, якщо  відстань на карті дорівнює 4.4 см:  4,4•40000=176000 см=1760 м  

    Ми знайшли відстані від земельної ділянки до двох підстанцій різними способами, щоб отримати більш точний результат і надати ці дані в подальшому  інвесторам.  В середньому   отримали:

Відстань до першої підстанції: 4000+3800+3650 / 3 = 3817 м

Відстань до другої підстанції: 1667+1760+1565 / 3  = 1664 м (Рис. 3., Рис. 4. Додаток  Г)

РОЗДІЛ 3

Створення   власного   варіанту економного  розміщення сонячних  панелей.

        Опрацювавши низку літератури, інтернет-ресурси з даної теми, автор наголошує,  що сьогодні використання енергії сонця  впроваджується  для здійснення гарячого водопостачання, опалення та охолодження будинків, опріснення води, нагріву парників, сушіння сільськогосподарської сировини.               Автор вважає, що найочевидніше рішення економного розміщення сонячних панелей – це  поєднання  двох  напрямків використання землі: безпосереднє розміщення сонячних панелей та вирощування під ними  шампіньйонів, які  не потребують освітлення.  Вирощування грибів  вважається  екологічно чистим  і безвідходним виробництвом. Грибівництво – це одна із найдинамічних і перспективних галузей сільського господарства України. Значні темпи  росту  (25–30% на рік) свідчать про її високий потенціал. У зв’язку з цим ми розробили математичну модель вологісного та температурного режиму вирощування грибів з метою   сприяти покращенню виробленої продукції та підвищенню конкурентоспроможності. Очікувана врожайність складе близько 100  тонн  грибів на рік.  (Рис.1. Додаток Д)

        Після побудови СЕС,   земельну  ділянку  весь час треба підтримувати в належному стані, а саме: звільняти від бур’янів, карантинних рослин тощо. Замість  самохідної  газонокосарки ми пропонуємо завести стадо вівців.  (Рис.2. Додаток Д). Розроблений  нами проект спорудження СЕС  є перспективним і відповідає сучасним вимогам із  захисту навколишнього середовища та має економічну привабливість.   Маючи на території селищної ради сонячну електростанцію, місцева громада вирішує низку соціальних проблем: створюються  нові робочі місця, збільшується  надходження до бюджетів всіх рівнів, з’являються  кошти для потреб інфраструктури селища.

ВИСНОВКИ

         Під час виконання науково-дослідницької роботи було досліджено низку актуальних питань, пов’язаних  з відкриттям сонячної електростанції на території селища Степногірськ, ефективності сонячної електроенергетики як раціонального шляху вирішення енергетичних, екологічних і соціально – економічних проблем  селища, проведені дослідження умов побудови сонячної електростанції, вибрана  оптимальна  земельна ділянка для спорудження СЕС, визначено  оптимальну можливість трансформації електроенергії в зовнішню електричну мережу  Василівського  району, Запорізької області,  створено   власний  варіант економного розміщення сонячних панелей, розміщено на сайті селищної ради розрахунки   вартості обладнання, часу за який воно окупиться, та кількість коштів,  які можна заощадити при використанні запропонованої  СЕС   для залучення інвесторів.

       Розглянувши  принцип роботи СЕС,  екологічну безпеку ми вважаємо: сонячна енергія – енергія майбутнього. Ми збираємося продовжувати  вивчення ефективності сонячної енергетики, більш детально вивчити енергоспоживання і вплив на екологію нашого селища.

     Проаналізувавши світові перспективи розвитку сонячної електроенергетики, стан справ в енергосистемі України, вивчивши  передовий досвід розвинених країн в сфері вирішення техніко-технологічних і економічних проблем розробки і експлуатації сонячних електростанцій, ми дійшли висновку, що сонячна енергетика як бізнес має оптимальне співвідношення «вигода / ризик»,  забезпечуючи мінімум 85% рентабельності, захищена від інфляції, валютних коливань і ризику відсутності збуту.

    А введення в дію сонячної електростанції на території селища передбачить:

- відродження співробітництва з економічними партнерами;

- залучення інвестицій в економіку району і області;

- створення нових робочих місць;

- розвиток інфраструктури селища;

- підвищення соціальних стандартів життя.

     Нам не байдужа доля улюбленого селища. Молоде покоління односельців мріє про  відродження та процвітання Степногірська.  (Додаток Е)

       І вже зараз ми повинні  думати, яку планету ми залишимо  своїм нащадкам. Ми не віримо, що людям на Землі байдуже, в якому середовищі  зростатимуть  їхні  діти  і внуки.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1.Бабієв Г.М., Дероган Д.В., Щокін А.Р.. Перспективи впровадження нетрадиційних та відновлюваних джерел енергії в Україні. «Електричний  Журнал»,- Запоріжжя: ВАТ «Гамма»,1998 №1, - С.63-64.

2. Габбазов Н.Н. ФОРМУЛА ПИКА // Старт в науке. – 2017. – № 6-1. – С. 130-132;

3. Дудюк Д.Л., Мазепа С.С., Гнатишин Я.М. Нетрадиційна енергетика: Навч. Посібник.– Львів: “Магнолія плюс”.– 2007. –  262с.

4.IRENA (International Renewable Energy Agency) (2014a), Remap 2030 – A renewable energy roadmap.June 2014. IRENA, Abu Dhabi

5. Крачило М., Серебрій В., Практичні заняття на місцевості- Київ: Шкільний світ, 2006. – 126 с.

6.. Кудря C. O. Стан та перспективи розвитку відновлюваної енергетики в Україні / C. O. Кудря / / Вісник НАН України. - 2015. - № 12. - С. 19-26.

7. Методы расчета ресурсов возобновляемых источников энергии: учебн. Пособ. Для ВУЗов / А. Бурмистров, Г. Дерюгина, В. Кузнецова, Д. Кунакин, Н. Малинин, Р. Пугачев. – М.: МЭИ, 2009. – 144 с.

8. Прогнозування викидів парникових газів в Україні до 2030 р. Та подальшу перспективу. / О.А.Дячук, М.І. Скрипниченко, Р.З. Подолець, М.Г. Чепелєв, Б.С. Серебренніков, Т.А. Саприкіна, Р.С. Юхимець. // Проект USAID «Муніципальна енергетична реформа в Україні» 2015 р. – 91 стор.

9. Проект концепції модернізації теплової енергетики України. / М. Карп. A.B. Сміхула. //Енергетика та електрифікація. – 2017. – №3. – С. 8 – 19.

10. Щербина О. Енергія для всіх: технічний довідник з енергоощадності та відновних джерел енергії / О. Щербина. – Ужгород: Вид. В. Падяка, 2007. – 340 с.

ІНТЕРНЕТ-РЕСУРСИ

Розрахунок площі землі різної  форми і розмірів [Електронний ресурс] :   Додатки в Google Play – GPS / - Режим доступу:  іnfo@smartfarming.com.ua

Розрахунок  площі землі   [Електронний ресурс] :     Land Area Calculator with Area Unit Converter Android:  Додатки/  /  - Режим доступу:  gtsrbo@gmail.com Дальномір :   [Електронний ресурс] :      Smart Measure/  - Режим доступу: http:// freesoft.ru/ dalnomer

[Електронний ресурс]: – Режим доступу до ресурсу: http://khd2.narod.ru/gratis/insolate.htm.

[Електронний ресурс]: – Режим доступу до ресурсу: http://greenlogic.com.ua/baza/solnechnaya-insolyatsia

[Електронний ресурс]: - Режим доступу до ресурсу:   https://uteka.ua/ua/publication/Arendnaya-plata-za-zemlyu-v-2018-god

Державне агентство з енергоефективності та енергозбереження України  [Електронний ресурс]:- режим доступу:  http:  //saee.gov.ua/uk/pressroom/1133

Енергетична стратегія України на період до 2030 року : схвалена Розпорядженням Кабінету Міністрів України від 24.07.2013 р. № 1071-р [Електронний ресурс]. - Режим доступу :http://zakon2.rada. gov.ua/laws/show/n0002120-13/paran3#n3

 Офіційний сайт Державного агентства з енергоефективності та енергозбереження України [Електронний ресурс]. - Режим доступу :http://saee.gov.ua/

 Офіційний сайт Міністерства палива та енергетики України [Електронний ресурс]. - Режим доступу :http://mpe.kmu.gov.ua

ДОДАТКИ

Додаток А.

Діаграма 1.  Порівняльний потенціал сонячної енергії в регіонах України

Додаток А.1

Діаграма 2. Середньорічне вироблення енергії в регіонах України

Додаток Б

Таблиця 1.1.

Річний розподіл сонячної радіації  в селищі Степногірськ

 (за даними  ТОВ  «Альтенерджи» )

      В таблиці  1.1.  наведені усереднені дані щодо середньомісячної енергії сонячного випромінювання (інсоляції) для селища Степногірськ з урахуванням кліматичних умов (частоти і сили хмарності) для нерухомих панелей, орієнтованих на південь   під кутом нахилу 31º.  Аналізуючи таблицю,   автор  зробив наступні висновки:  максимальне сонячне випромінювання  спостерігається в літні місяці і  в цей період виділяється 60% річної кількості сонячної радіації; взимку ефективність роботи падає, але не зникає, що є основою стабільної роботи сонячних систем. Отже,  сонячна інсоляція на території селища  є більш ніж достатньою для використання сонячних установок.

                                Додаток  В

Таблиця 1.2.

Порівняння даних  інсоляції  з різних  джерел

Порівнюючи дані з різних джерел щодо інсоляції в різні роки, автор прийшов до висновку, що за останні роки зросла сонячна радіація, тому зростає актуальність  відкриття  СЕС на території селища.

Додаток Г.

              Рис. 1.  Додатка Г     Лінія електропередачі ( ЛЕП)  35кВ, до якої 

                       планується передача електроенергії від СЕС.

               Рис. 2.   Додатка Г            Досліджувана земельна ділянка

         За формулою (2.1) знайшли відстані від земельної ділянки до житлових будинків І і ІІІ  мікрорайонів: 250 м і 120 м відповідно. Згідно документів державного підприємства «Національна енергетична компанія «Укренерго» “Вимоги до сонячних фотоелектричних електростанцій ...... від вікон житлових і громадських будинків на відстані не менше 10 м, від лікувальних і оздоровчих установ — відповідно не менше 25 м і 15 м”. За нашими даними, будівничі нормативи не порушені.

Рис. 3.  Додатка Г        Перші виміри на місцевості

              Рис. 4.  Додатка Г        Знаходження відстані до підстанції

Додаток Д

Власний варіант  економного  розміщення сонячних  панелей

                 Рис. 1.  Додатка Д                           Вирощування грибів

                  Рис. 2.  Додатка Д                Використання стада вівців.                   

Додаток   Е

Ми віримо в щасливе майбутнє нашого улюбленого Степногірська!