Введение

Актуальность проблемы. Гармонизация развития экономики, обще­ства и окружающей природной среды, сохранение природных экосистем, поддержание их це­лостности и жизнеобеспечиваю­щих функций для устойчивого развития общества, повышения качества жизни и улучшения здоровья населения, обеспечения экологической безопасности стра­ны такова стратегическая цель и государственной экологической политики, разработанной под руководством Президента Туркменистана Гурбангулы Бердымухамедова.

В этом контексте следует отметить, что обязательной составляющей провозглашенного Президентом страны курса на и индустриально-инновационное развитие и предусматриваю­щего создание конкурентоспобных производств является экологический аспект. Создание новых производств во всех от­раслях экономики предусмо­трено осуществлять с учетом рационального использования природных ресурсов, внедрения экологически чистых, безвред­ных и безотходных производственных технологий [1,6-8].

Туркменистан является ак­тивным сторонником сотрудничества по вопросам экологий в формате ООН, Всемирной конференции по изменению климата прошедшей в Париже декабре 2015 г.  и других между­народный организаций. Свидетельством тому служат выступления  Президента Туркменистана Гурбангулы Бердымухамедова на 65-й,  66-й и 70 сессиях и озвученных его инициативы на 67 – 69 сессиях Генассамблеи ООН, Конференции ООН по устойчивому развитию «РИО+20» других международных формах. На этих формах лидер нации выдвинул ряд инициатив, в частности, о разработке Специальных   программы ООН по спасению Ара­ла, о придании Каспийскому экологическому форуму статуса постоянно действующего меж­дународного органа, создании Межрегионального центра ООН по решению проблем, связанных с изменением климата [1].

Войдя в международное сообщество как независимое нейтральное государство, Турк­менистан присоединился к природоохранным конвенциям ООН, которые являются гаран­том сохранения окружающей среды и предупреждения экологических катастроф в гло­бальном масштабе. В частности, Туркменистан ратифицировал Конвенцию ООН по борьбе с опустыниванием, в стране на­коплен богатый опыт по борьбе с опустыниванием [1,9-12].

Таким образом, сегодня все крупномасштабные националь­ные программы по социально - экономическому развитию Туркменистана, реализуемые под руководством Президента Гурбангулы Бердымухамедова, увязаны с экологической со­ставляющей. Экологическая составляющая «Националь­ной программы социально-экономического развития Турк­менистана на период 2011–2030 годы» служит гарантом даль­нейшего стабильного развития Туркменистана и согласуется с политикой мирового сообщества, Целями развития тысячалетия  ООН [1].

Цель данной статьи – дать экономический, экологический анализ и понятий в современном мировоззрений с возможностью использования местных возобновляемых источников энергии для сокрушения вредных выбросов в окружающую среду и оказания в  практическую помощь продажи квот для экологического бизнеса, в частности, использования солнечной энергию.

Научная новизна заключается в том, что автор приводит свои результаты исследования, расчетов, потенциалов экологического бизнеса в области экономии энергоресурсов с использованием солнечной энергий в аграрном секторе.

1. Потенциал солнечных энергоресурсов в Туркменистане

Валовый потенциал солнечной энергии – это среднемноголетняя суммарная солнечная энергия, поступающая на площадь региона в течение одного года.

Для расчета прихода солнечной энергии целесообразно использовать данные по месячному приходу энергии на наклонную поверхность, в соответствии с методики. После проведения расчетов валового потенциала  по существующей методике. С учетом среднего параметра угла наклона прямого солнечного излучения к нормали и месячный приход прямой солнечной энергии на нормально ориентированную поверхность за 10 часов  (с 7 до 17 ч) равна 2065,611 кВт·ч/(м²·мес.). Суммарное поступление солнечной энергии на единицу горизонтальной поверхности в год за 10 часов в сутки (7-17 ч),  оказывается равным 1895,9 кВт·ч/(м²·год), Валовый потенциал Юго-восточной территорий  равен 1895,9·S кВт·ч/год,  Центральны Каракумов –1844,6 кВт ч/ м² год [9-11].

Технический потенциал солнечной энергии – это сумму потенциалов тепловой энергии и электрической энергии, получаемых соответствующим преобразованием солнечного излучения. Для каждой зоны используются следующие данные: технический потенциал тепловой энергии и фотоэлектрических батарей от солнечного излучения; площадь, которая по хозяйственным и экологическим соображениям представляется целесообразной для использования солнечной энергии; среднемесячная температура окружающей среды в дневное время (время работы установок). Расчет технического потенциала тепловой энергии, электроэнергии производится по соответствующим формулами, он равен, соответственно, 1256,44 и 242,43 кВт⋅ч/(м2⋅год) [9-12].  

Экономический потенциал солнечной энергии – это величина годовой выработки тепловой и электрической энергии в регионе от солнечного излучения, получение которой экономически оправданно для региона при существующем уровне цен на энергию, получаемую от традиционных источников, и соблюдении экологических норм. Определение экономического потенциала проводится при условии, что солнечные тепловые коллекторы стационарно ориентированы под углом наклона к горизонту. Расчет экономического потенциала тепловой энергии равен 1378,102 кВт·ч/(м²·год). Экономический эффект от преобразования солнечного излучения в тепловую, электрическую  энергию положителен и соответственно равен 588,56 кВт·ч/год при КПД 0,5; 248,5 кВт·ч/(м²·год) при КПД 14 %.  [9-12].     

Рис.1. Распределения валового и технического потенциалов солнечной энергии от преобразования в тепловую энергию и электрическую в Каракумах по месяцам на 1 метр квадратный

Fig. 1. Distributions of gross and technical potentials of a solar energy from transformation to heat energy and electric energy in Kara Kum by month, on 1 square meter

2. Экологический потенциал от преобразовании солнечной энергии. Экологический потенциал ВИЭ – часть технического потенциала, преобразование, которого в полезную используемую энергию экологической целесообразно при данном уровне сокращение вредных выбросов в окружающую среду от ископаемого, органического топлива при преобразованию тепловую, электрическую энергию и других видов энергии от оборудовании, установок, станции и транспортных средств и др. загрязнителей [2-6,12]. 

Экологический потенциал солнечной энергии характеризует сумму экономических потенциалов тепловой энергии и электрической энергии, получаемых соответствующим преобразованием солнечного излучения [6-16,18].

При использований солнечных энергетических установок ожидаемое сокращение выбросов различных вредных веществ в окружающую среду:

от солнечной фотоэлектрической станции составит при годовой выработке электроэнергии с 1 кв. м – 242,44 кВт⋅ч/год; экономия расхода топлива – 96,98 кг у.т./год; сокращение выбросов диоксида серы SO2 – 2,01; оксида азота NOx – 1,08; оксида углерода CO – 0,1401; метана CH₄ – 0,296; двуокиси углерода CO₂ – 155,08; твердых веществ – 0,211175 кг/год.

от преобразования в тепловую энергию 1256,44 кВт⋅ч/год; экономия расхода топлива – 502,60 кг у.т./год, сокращение выбросов SO2 – 10,44; NOx –5,624; CO – 0,726; CH₄ – 1,53; CO₂ – 803,68; твердых веществ – 1,094 кг/год [6-12].

Таким образом, с учетом регионального фактора стоимости топлива и регионального экологического фактора срок окупаемости и экономический эффект использования солнечной установки в общем случае определяются включением коэффициент регионального экологического фактора, механизм чистого развития Киотского протокола Маракешского соглашения экологического бизнеса продажи квотами [2-5,9-12].

Экологическими, экономическими, техническими показателям и потенциалами  от солнечно – энергетических установок станции по месяцам представлены на рисунке 1,2   и таблицах 1,2.

Теоретическое и методическое определения потенциалов солнечной энергии региона подробно представлены в научных трудах [11,12].

Рис. 2. Экологический потенциал солнечного фотопреобразователя по велоятам (областям) Туркменистана сокращения СО₂  с 1 квадратного метра по месяцам года

Fig. 2. Ecological potential of the solar photoconverter on velayats (areas) of Turkmenistan of reducing CO2 from 1 square meter by month

Таблица 1

Экономические и энергетические  показатели от использования солнечных установок в Туркменистане

Table 1

Economic and energy indicators from the use of solar stations in Turkmenistan

3. Экологический бизнес на основе солнечных установок.  

Киотский протокол устанавливает на страны его подписавшие обязательства по сокращению выбросов парниковых газов. При этом масштаб обязательств, взятых на себя странами, различен. Например, страны Европейского Союза, выполняющие свои обязательства совместно,  должны сократить 8% от уровня 1990 года, Япония и Канада сокращают 6%. Россия не должна превысить выбросы базового года. Как известно в 1990 году выбросы в России составляли порядка 3 млрд. тонн СО₂. Но в силу экономических перемен, произошедших в нашей стране, приведших к сокращению производственных мощностей, уровень выбросов значительно сократился. По самым различным оценкам, этот уровень 1990 года может быть пройден в период 2017-20 г [9-13].

Например, удельные капитальные затраты на сокращение выбросов парниковых газов в Туркменистане в среднем составляют около 16 долларов США в расчете на 1 тонну СО2-эквивалента.

Развитие углеродного рынка для нашей страны (реализация проектов совместного осуществления, внедрение механизмов внутренней торговли квотами) – это и способ привлечь прогрессивные чистые технологии из-за рубежа, и реальная возможность создания «здорового», устойчивого внутреннего национального продукта за счет реализации мер и стандартов, внедрения инновационных технологий и возобновляемых источников энергии.

Одним из приоритетных вопросов Туркменистана развития экономики, является проблема освоения пустынной территории, которая занимает 80%. Для освоения необходимо энерговодообеспечения. Водообеспечения достигается за счет поверхностных вод менее чем 10%, а доля круглогодичной водообеспеченности пастбищ составляет всего 43,5% общего пастбищного резерва. Вовлечение в оборот использования солнечных энергетических установок, подземного водного потенциала – задача первостепенной важности [1,11,12].

Например: ориентация на региональное системное автономное электроводоснабжение овцеводческих комплексов в пустынных пастбищах Каракумы с помощью гелиотехнических систем. Вместо обычного строительства ЛЭП, водохозяйственных сооружений, трубопроводов, дорог и т.д. позволяет сэкономить миллионы долл. США по сравнению с затратами.    Все поселки в Каракумах, где находятся колодцы, расположены вдали от линий электропередач. В планах развития государства электрификация таких поселков пока не предусматривается. Да экономически не выгодно, так как стоимость 1 км ЛЭП обходится $US 18 000 – 25 000 . 

Колодцы, в основном, находятся в Центральных Каракумах, где остро ощущается нехватка пресной, питьевой воды. В настоящее время для подъема воды из колодцев  используются двигатели внутреннего сгорания, например,  подъем воды из колодцев глубиной 30 м и более осуществляется с помощью дизельных генераторов, ежегодный расход дизельного топлива (солярки) для работы одного такого генератора составляет 14,6 т, при этом в атмосферу выбрасывается 46,72 т СО₂ – экв. Доставка топлива в поселки происходит с задержкой и большими расходами [10-12].

Использование автономных энергетических установок на базе солнечных фотопреобразователей позволит поднимать воду из колодцев глубиной 30 – 250 м и более. Эту воду можно и опреснять с помощью электродиализных, солнечных опреснительных установок.

Поскольку солнечная фотоэлектрические солнечные станции (СФЭС) работают не круглосуточно, в качестве дублирующих элементов необходимо предусмотреть аккумуляторные батареи, которые в дневное время будут подзаряжаться от фотоэлементов. Следует отметить, что СФЭС не загрязняют окружающую среду, они имеют довольно большой срок службы (не менее 15-20 лет) и высокую надежность, практически отсутствуют эксплуатационные расходы и, что важно, не требуется высококвалифицированного персонала и ремонтной базы при их обслуживании. Основным видом обслуживания является сезонная азимутальная корректировка фотоэлементов для более эффективной их работы и периодическая их протирка от пыли.

Ориентировочные расчеты показывают, что при вовлечении в оборот свыше 5000 дизельных передвижных насосных станций на них ежегодно сжигается 73 тыс. т дизельного топлива, в результате чего в атмосферу выбрасывается примерно 233,5 тыс. т СО2 в год. При использовании солнечной фотоэлектрической станции выбросы снизятся в 5,6 раза, или на 82,2% (табл. 1, 2).

Гелиотехника дает ключ к решению проблемы дефицита пресной воды в пустыне и расширяет возможности решения ряда социально-экономических и экологических вопросов чистого развития в Туркменистане. Данные о возможности сокращения выбросов от использования дизельных и карбюраторных генераторов приводятся в табл. 3.

Таблица 2

Сравнительный эколого-экономический анализ работы дизельного генератора и  СФЭС на 1 и 5000 установок

Table 2

Comparative eco-economic job analysis of the diesel generator and SFES on 1 and 5000 installations

Ожидаемый результаты от  экобизнеса:   Предложения нацелены на строительство солнечной водоподъемной фотоветроэлектрической станции (СВЭС) мощностью 1 кВт в Каракумах. Проведенные исследования показали, что для успешной реализации проекта есть все необходимые условия и ресурсы других гелитехнических установок в экономику с  энергетическими и экологическими показателями  приведены в таблице 3.

Реализация проектного предложения даст возможность обеспечит водой население пустыни, заметно улучшив условия жизни, приведет к интенсификации производства пастбищных комплексов, экономии органического топлива на с одного СВЭС в год – 12.0 тонн на сумму $US 6000, сократит выбросы парниковых газов (ПГ) и токсичных соединений на 1 СВЭС  в год – 38,4 т СО₂ , следовательно, благоприятно повлияет на экологическую, экономическую и социальную ситуацию в пустынной зоне Туркменистана.     

Реализация таких проектов, несомненно, будут способствовать  экономическому, экологическому и социальному  развитию страны, улучшению условий жизни местного населения, особенно в отдаленных пунктах, в суровых условиях пустыни Каракумы, созданию новых рабочих мест, развитию сельского хозяйства, устойчивого развития  и радиального использование природных, энергетических ресурсов в Туркменистане. Экологический потенциал солнечно-энергетических установок приведены в таблице 4 [11-13].

Таблица  3

Примерный состав выхлопных газов от работы дизельных и карбюраторных генераторов для получения энергии для подъема воды в пустыне Каракумы в год

Table 3

Approximate composition of exhaust gases from operation of diesel and carburetor generators for energy production for rising of water in the Kara Kum Desert per year

Таблица 4

Экологический потенциал солнечно-энергетических установок в Туркменистане

Table 4

Ecological potential of solar power stations in Turkmenistan

Заключение

Из рассмотренного аналитического обзора, теоретических, методических и практических  расчетных базы данных по использования солнечной энергии в Туркменистане можно сделать следующие выводы:

1. На основание теоретических исследований и методических расчетов солнечно – энергетических ресурсов с учетом интенсивности солнечного излучения, альбедо, географических, климатических и неблагоприятных погодных условий получены энергетические потенциалы на 1 квадратный метр Юго-Восточной территорий Туркменистана составляет: валовый потенциал  – 1895,9 кВт ч/ м² год; технический потенциал преобразования в  тепловую энергию -1296,8 кВт ч/ м² год, в электрическую энергию –  248,5  кВт ч/ м² год.
2. Экологические потенциал солнечно-энергетических установок в Туркменистане представлены в таблице 1и 2. Ожидаемый экологический потенциал сокращение выбросов различных вредных веществ в окружающую среду в Юго-восточной территорий Туркменистана при использовании солнечной фотоэлектрической станции составит : при годовой выработке с 1 кв. м 248,5   кВт ч/год, экономия расхода топлива 99,4  кг у.т./год, сокращение выбросов: диоксид серы SO₂ – 2,06; оксид азота NO_x –1,11; оксид углерода CO-0,144; метан CH₄ –0,303; двуокись углерода CO₂ –0,158; твердых веществ – 0,216  кг/год; от преобразовании тепловой энергии – 1296,8 кВт ч/год, экономия расхода топлива 518,7 кг у.т./год, сокращение выбросов SO₂ – 10,78; NO_x – 5,8; CO-0,754; CH₄ –1,58; CO₂ –829,34; твердых веществ – 1,13 кг/год. На оснований теоретических и исследований работ использования солнечно-энергетических установок можно составить проектное предложения для экобизниса продажи квот углеродному фонду Всемирного банка, а вырученные деньги направить для улучшения экосистему.
3. Учитывая результаты выше изложенных расчетов потенциалов солнечно –  энергетических ресурсов в Туркменистане, позволит решать энергетические и социально-экономические проблемы регионов, удаленных от централизованных энергосистем, поселков, населенных пунктов, объектов дайханских и пастбищных хозяйств, формально находящихся в зонах централизованного энергоснабжения, но экономически труднодоступных местностях. Другим существенным фактором использования солнечных энергетических ресурсов даст возможность сохранения экологической безопасности и  составить ГИС технологическую карту для улучшения экосистему региона.