Сазонов А.А. (e-mail: alexey.szonov@gmail.com). Стрельченко А.А., студенты географического факультета Белорусского государственного университета, г. Минск, Беларусь
Научный руководитель: ст. преп. Жуковская Наталья Викторовна
Solar power potential of Narochansky National Park in Belarus
Потребности человечества в энергии в течение более 200 лет удовлетворяются преимущественно за счет использования ископаемого углеводородного топлива: угля, нефти и природного газа. Однако истощение запасов ископаемого топлива, ухудшающаяся экологическая обстановка и глобальные изменения климата вызывают необходимость поиска новых путей энергообеспечения. Все более актуальным становится вопрос об использовании альтернативных видов энергии, таких как энергия Солнца, ветра и т.д. Самым мощным, экологически чистым, естественным и общедоступным источником энергии для нашей планеты является Солнце. Развитие науки и промышленности позволяет сегодня говорить о реальной возможности обеспечения человечества электричеством с помощью преобразования солнечной энергии. Республика Беларусь собственными природными запасами обеспечивает около 15−18% своих потребностей в топливно-энергетических ресурсах. Недостающее количество топлива и энергии поставляется из других стран, на что ежегодно расходуются немалые средства. Поэтому чрезвычайно актуальным вопросом является поиск собственных экологически чистых источников энергии [4].
Современные гелиотехнологии развиваются стремительными темпами и позволяют получить электроэнергию из солнечных лучей не только в низких, но и в средних широтах. Кроме того, солнечные панели не дают загрязняющих окружающую среду выбросов, что делает их использование особенно актуальным в жестких условиях регулирования хозяйственной деятельности на особо охраняемых природных территориях.
Целью настоящего исследования является оценка гелиоэнергоресурсов территории национального парка «Нарочанский» (см.: http://www.narochpark.by/), расположенного в северо-западной части Республики Беларусь в пределах 54,7-55° северной широты на площади более 87 тысяч гектаров.
На территории Республики Беларусь расположено лишь 11 актинометрических станций, ведущих постоянные наблюдения за количеством прямой солнечной радиации, которая поступила на земную поверхность [6]. Данный факт вкупе с некорректностью интерполяции подобных данных с учетом изменчивости метеорологических явлений потребовали поиска нового, расчетного метода для определения прямой солнечной радиации, поступающей на определенный участок земной поверхности.
В основу разработанного метода легло использование модуля ArcGIS for Desktop 10.3 «Area Solar Radiation», который позволяет определить поступление прямой, рассеянной и суммарной радиации на земную поверхность с учетом как широты местности, так и рельефа.
Исходными для расчета послужили данные радарной интерферометрической съемки поверхности земного шара SRTM с разрешением 25 метров [3]. Помимо данных о рельефе, важным компонентом расчета являются параметры рассеивания D (diffuse proportion) и прозрачности T (transmittivity) атмосферы. D – это доля совокупного потока радиации, которая подвержена рассеянию. Этот параметр должен устанавливаться в соответствии с условиями атмосферы. T – это доля радиации, проходящей через атмосферу, усредненная для всех длин волн. Значения обоих параметров находятся в диапазоне от 0 до 1.
Для установления значений данных параметров были использованы модуль ArcGIS 3DCitySolar и фактические величины поступления суммарной солнечной радиации SolarDatabase Energy Services, основывающиеся на данных спутника Meteosat. Последние включают в себя величину поступления суммарной радиации (Вт/м.кв) на поверхность для каждого месяца за период с 1985 по 2005 г [1]. Необходимо отметить, что сервис SolarDatabase Energy Services предоставляет данные для конкретных местоположений. Для того, чтобы охватить территорию всего национального парка, была построена сеть контрольных пунктов на расстоянии в 0,1°, для которых в последующем и производился расчет поступающей радиации с помощью модуля 3DCitySolar [3].
Путем анализа полученных данных и сравнения расчетных показателей с фактическими выявлено, что наибольшего соответствия расчетные и фактические данные поступления суммарной солнечной радиации достигают при соотношении D/T как 0,4/0,5 соответственно. Зная параметры атмосферы, стало возможным рассчитать поступление прямой солнечной радиации на земную поверхность (рис. 1), используя модуль AreaSolarRadiation.
Рис. 1. Распределение поступления прямой солнечной радиации по территории национального парка «Нарочанский» (местоположение парка на карте Беларуси показано справа-вверху).
Расчёт поступления прямой солнечной радиации показал, что для всей территории национального парка ее количество преимущественно варьируется в пределах от 1,5 до 1,7 КВт.ч/м.кв./день. Ввиду малой протяженности исследуемой территории в широтном направлении (менее 1°), изменение количества поступающей радиации в первую очередь зависит от экспозиции склонов. Так, на южных склонах Свирской, Константиновской, Северо-Нарочанской, Свенцянской гряд наблюдаются значения до 1,8 КВт.ч/м.кв./день, а на северных – менее 1,6 КВт.ч/м.кв./день.
Полученные значения позволяют нам сделать примерный расчет площади солнечных батарей, необходимых для удовлетворения различных хозяйственных нужд. Так, в ходе исследования было вычислено, что для обеспечения электроэнергией 10 уличных светильников мощностью 250 Вт необходимо до 80 кв.м солнечных панелей с номинальной мощностью 100 Вт и стандартной площадью 1640×990 мм [5]. Данные значения позволяют утверждать, что территория национального парка «Нарочанский» обладает достаточным потенциалом для развития солнечной электроэнергетики, во всяком случае – на местном уровне.
От редакции: Доклад по результатам описываемого в данной статье исследования был представлен на очередном международном научно-практическом семинаре «Современные технологии в деятельности ООПТ: ГИС, ДЗЗ«, проходившем в гостиничном комплексе «Нарочь» в мае 2016 г. Он собрал более 80 участников из Беларуси, России, Украины, представивших 26 докладов и сообщений, а также 10 мастер-классов. В рамках семинара проведена Школа молодых ученых, на которой студенты старших курсов ведущих ВУЗов Беларуси презентовали и защитили тематические ГИС-проекты природоохранной тематики. Дополнительную информацию можно посмотреть на http://narochpark.by/geo/GISmeropriyatiya/konfergis2016. За последние годы в Национальном парке «Нарочанский» с участием сотрудников научного отдела выполнен ряд интересных проектов, в которых активно используются возможности ГИС на платформе ArcGIS, создан цикл карт и путеводителей, часть из которых доступна и на облачном ресурсе ArcGIS Online. Постепенно технология ГИС становится безальтернативным «локомотивом» выполнения Плана управления национальным парком.
Литература
- SoDa: Solar Energy Services for Professionals [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.soda-is.com/eng/services/services_radiation_free_eng.php.
- SRTM 25m Digital Elevation Data [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://srtm.csi.cgiar.org/Index.asp.
- 3D Cities: Calculate solar radiation [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://desktop.arcgis.com/en/3d/3d-cities/solar-analysis/calculate-solar-radiation.htm
- Лаппо Д.В., Сазонов А.А., Стрельченко А.А., Жуковская Н.В. Мультикритериальный ГИС-анализ для выбора мест размещения солнечных электростанций в республике Беларусь. // ГИС-технологии в науках о Земле: материалы конкурса ГИС-проектов студентов и аспирантов УВО Республики Беларусь, проведенного в рамках празднования Международного Дня ГИС 18 ноября 2015 г. / редкол.: Д.М. Курлович (отв. ред.) и др. – Минск: БГУ, 2015. – 114 с.
- Расчет автономной системы электроснабжения на солнечных батареях [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://bazila.net
- Республиканский центр по гидрометеорологии, контролю радиоактивного загрязнения и мониторингу окружающей среды [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://hmc.by/observer/
