Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
9
ОДЕСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ЕКОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Мохамед Саїд Мохамед Аль-Гухі
УДК 551.521.31
ОЦІНКА ГЕЛІОЕНЕРГЕТИЧНИХ РЕСУРСІВ АРАВІЙСКОГО ПІВОСТРОВА
11.00.09 –метеорологія, кліматологія, агрометеорологія
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата географічних наук
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Одеському державному екологічному університеті
Міністерства освіти і науки України.
Науковий керівник: кандидат фізико-математичних наук, старший
науковий співробітник
Казаков Олександр Леонідович,
Одеський державний екологічний університет,
доцент кафедри фізики атмосфери
Офіційні опоненти: доктор географічних наук, професор
Міщенко Зінаїда Антонівна
Одеський державний екологічний університет,
професор кафедри агрометеорології та
агрометеорологічних прогнозів
доктор технічних наук, професор
Денисова Алла Євсіївна,
Одеський національний політехнічний університет,
професор кафедри теплових електричних станцій
та енергозберігаючих технологій
Провідна установа: Український науково-дослідний
гідрометеорологічний інститут,
відділ кліматичних досліджень та довгострокового
прогнозу погоди
Міністерства охорони навколишнього природного
середовища України, м. Київ
Захист відбудеться “10” березня 2005 р. о годині на засіданні
спеціализованої вченої ради Д 41.090.01 в Одеському державному
екологічному університеті за адресою: 65016, м. Одеса, вул. Львівська, 15, ОДЕКУ
З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Одеського державного екологічного університету за адресою: 65016, м. Одеса, вул. Львівська, 15, ОДЕКУ
Автореферат розісланий “___” лютого 2005 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Чугай А.В.
Актуальність теми. Проблема забезпечення енергією господарської діяльності людини не тільки в майбутньому, але вже і в даний час, викликає заклопотаність багатьох країн Аравійського півострова. Не дивлячись на те, що цей регіон земної кулі по запасах нафти і газу є найбагатшим, вони не безмежні. Тому виникає проблема отримання і використовування нетрадиційних і відновлюваних джерел енергії: вітрової і сонячної. Доцільність використовування цих видів джерел визначається також і їх перевагою з екологічного погляду.
Вигідне положення Аравійського півострова, розташованого в межах 12 - 29 північної широти, забезпечує великий приплив сонячної енергії на всій його території у всі сезони. Для вибору геліоустановок і їх експлуатації потрібна детальна характеристика режиму сонячної радіації, від показників якої залежить ефективність їх роботи в різну пору року та в окремих регіонах півострова. Основними показниками, необхідними для цього, є в першу чергу сумарна радіація і тривалість сонячного сяйва, безпосередні дані по яких були вельми обмежені: мережа актинометричних станцій на півострові дуже рідка. Тому актуальним є питання про поповнення інформаційної бази даних про ці характеристики, які є базовими при використанні непрямих методів їх розрахунку, або для розробки нових.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана відповідно міжнародною програмою INTAS, один з розділів якої направлений на дослідження з можливостей широкого використання відновлюваних джерел енергії (енергозберігаючих та екологічно чистих технологій), а також Національною програмою Кувейту з розвитку нетрадиційної енергетики.
Мета і задачі дослідження. Метою роботи є отримання більш повної інформації по радіаційному режиму Аравійського півострову, яка є необхідною для вирішення питання про вибір типів геліоустановок. При виконанні дослідження були поставлені наступні задачі:
–отримати повну просторово-часову характеристику радіаційного режиму Аравійського півострова;
–розробити методи відновлення середніх місячних полів сумарної радіації і тривалості сонячного сяйва засобами сучасних методів математичної статистики і сучасних інформаційних технологій;
–отримати статистичну залежність сумарної радіації, тривалості сонячного сяйва і характеристик хмарності;
–дати статистичну оцінку просторового розподілу сумарної радіації і тривалості сонячного сяйва;
–виконати апроксимацію емпіричних рядів теоретичними розподілами;
–розрахувати продуктивність і потужність різних типів геліоустановок.
Об’єкт дослідження - геліоенергетичні ресурси Аравійського півострова.
Предмет дослідження –просторовий розподіл сумарної радіації і тривалості сонячного сяйва, що дає можливість оцінити найбільш ефективне використання сонячної енергії в геліоустановках промислового та сільськогосподарського призначення на Аравійському півострові.
Методи дослідження. В основу покладені методи статистичного аналізу та обробки даних: метод регресійного аналізу та дослідження законів розподілу випадкових величин.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що вперше для Аравійського півострова:
–розроблена і випробувана непряма методика розрахунку місячних величин сумарної радіації і тривалості сонячного сяйва;
–виконана статистична оцінка полів сумарної радіації і тривалості сонячного сяйва;
–встановлені закони розподілу добових величин сумарної радіації, що зміряні на півострові, на основі чого розраховані характеристики ймовірності;
–на основі отриманих кількісних характеристик радіаційного режиму надані рекомендації щодо вибору систем геліоустановок для найефективнішого використовування геліоресурсів Аравійського півострова.
Практичне значення одержаних результатів. Результати дослідження можуть бути рекомендовані для вибору типа і визначення режиму роботи геліоустановок в умовах Аравійського півострова і дозволяють почати їх впровадження на цій території. Отримані карти сумарної радіації та тривалості сонячного сяйва можуть бути використані науковими та навчальними установами при вивченні природних ресурсів цього регіону.
Результати роботи були впроваджені у навчальному процесі кафедри фізики атмосфери Одеського державного екологічного університету.
Особистий внесок здобувача полягає в наступному: 1) створений банк актинометричних і метеорологічних даних спостережень для Аравійського півострова; 2) виконані розрахунки по методиці ГГО характеристик сонячної радіації; 3) розроблені методи непрямого розрахунку тривалості сонячного сяйва, випробувані і проаналізовані результати розрахунків; 4) виконані апроксимації рядів добових значень сумарної радіації теоретичними законами розподілу та розраховані характеристики ймовірності цієї величини; 5) визначені типи геліоустановок, які найбільш доцільно використовувати в умовах Аравійського півострова.
Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи докладалися на конференції молодих вчених ОДЕКУ (квітень 2003 р.), науковому семінарі з проблем енергетики (Центральна електростанція Риян, республіка Йємен, травень 2004 р.); міжнародних конференціях
“World Sustainable Energy Day” (Вєльс, Австрія, березень 2003 р.) та розширеному науковому семінарі кафедри фізики атмосфери ОДЕКУ (листопад 2004 р.).
Публікації. Результати дисертаційної роботи опубліковані в 5 наукових працях, з них 3 в виданнях, рекомендованих ВАК України (всі без співавторів).
Структура і об'єм дисертації. Дисертація складається з введення, чотирьох розділів, висновку, списку використаної літератури і додатків. Загальний обсяг дисертації складає 164 сторінок, містить 31 рисунків і 57 таблиць, 6 додатки; список використаних літературних джерел містить 81 найменування.
У вступі дано обґрунтовування актуальності, наукової новизни, практичного значення отриманих в роботі результатів, формулюється мета і задачі дослідження, висловлені основні положення, які виносяться на захист.
В першому розділі описуються фізико-географічні особливості і метеорологічний режим Аравійського півострова.
Найбільший півострів на земній кулі (більше 2,7 млн. км) розташований на південному заході Азії. На заході він омивається Червоним морем, на півдні Аденською затокою і Аравійським морем, на сході Оманською та Персидською затоками. Велика частина півострова є напівпустелями і пустелями, розташованими на плоскогір'ї висотою 400-1000 м над рівнем моря. На заході, півдні і сході –гори, висота яких досягає 3600 м. Постійних річок немає.
Аравійський півострів по класифікації клімату Б.П. Алісова розташовується в тропічному поясі, тобто з переважанням протягом всього року тропічного повітря.
Циркуляційні умови характеризуються формуванням над півостровом області високого тиску в зимовий сезон. В літній період переважаючим баричним утворенням в результаті інтенсивного прогрівання суші є термічна депресія, поглиблення якої відбувається з середини травня до середини липня, до середини вересня вона поволі заповнюється. Літній період характеризується розвитком літньої мусонної циркуляції. В перехідні періоди баричне поле не представляє чітко виражених утворень високого або низького тиску.
Характер баричних утворень і їх сезонна зміна визначає і характер вітрового режиму. Взимку, особливо на сході півострова, переважають північно-західні потоки, весною повітряні потоки мають добре виражену пів-
денну складову, з ними на півострів приходить вологе повітря з боку Індійського океану, приплив якого посилюється до літнього сезону. Восени, коли баричне поле є більш розмитим, ніж в інші сезони, вітри не мають стійких напрямів. Середня річна швидкість вітру порівняно невелика і на самому півострові не перевищує 5 м/с.
Термічний режим відрізняється високими середніми місячними температурами: середня річна температура вище 25С; в найхолоднішому місяці (січень) вона майже на всій території перевищує 20С, а в липні і серпні більше 30С. Для Аравійського півострова однією з характерних рис термічного режиму є великі добові амплітуди температури, які часто досягають 35С і більше.
Аравійський півострів відрізняється невеликою хмарністю: середній річний бал загальної хмарності по території змінюється від 1,7 до 3,0, число ясних днів за рік на більшій частині території складає понад 200.
В другому розділі був апробований метод непрямого розрахунку сумарної радіації, оскільки фактичних даних по цій характеристиці на Аравійському півострові вкрай мало. Заздалегідь був представлений короткий огляд методів, запропонованих рядом авторів, з урахуванням характеристик хмарності. Вони вимагають достатньо повної інформації про хмарність (крім середнього бала): кількість нижньої хмарності, число ясних, напівясних, хмарних днів, а також тривалості сонячного сяйва. Ці дані на даній території були або дуже обмежені, або відсутні, що практично робить неможливим використання цих методів. Тому з усіх методів розрахунку сумарної радіації, розроблених окремими авторами, використаний метод, запропонований Т.Г.Берлянд, який легко адаптується до умов Аравійського півострова. Формула розрахунку сумарної радіації має вигляд:
, (1)
де –сумарна радіація з урахуванням хмарності, Вт/м;
–сумарна радіація при безхмарному небі, Вт/м;
–коефіцієнти, що визначають вплив хмарності;
–середній бал хмарності, виражений в частках одиниці.
Для перевірки можливості практичного використовування розрахованих величин сумарної радіації по цьому методу в умовах досліджуваної території розраховані значення порівнювалися з фактичними по станції Аден. Відносна різниця з квітня по вересень не перевищувала 10 %, з жовтня по березень її значення коливалися від 12 %, (жовтень, листопад) до 20 % в березні. Таким чином, на Аравійському півострові значення сумарної сонячної радіації може бути відновлено у всі місяці року за даними про хмарність з достатньою для практичних цілей точністю. По виконаних розрахунках були побудовані карти для кожного місяця; для прикладу вони були приведені за січень і липень (рис.1).
Основні закономірності розподілу сумарної радіації такі: з травня по вересень ізолінії мають в основному широтний характер, приплив радіації зменшується з півночі півострова до узбережжя Аравійського моря, з жовтня по березень виявляється тенденція деякого збільшення її з північного сходу на південний захід, квітень характерний якнайменшою просторовою мінливістю сумарної радіації на всій території півострова.
В третьому розділі була представлена статистична оцінка добових величин сумарної радіації за наявними фактичними даними на станціях Абудабі, Бураїм, Вахуд, Сиб, Сер, Масиран, Мармул. Були розраховані основні показники цієї величини: середнє квадратичне відхилення ( ), коефіцієнти варіації (Сv), асиметрії (А), ексцесу (Е) і даний їх аналіз (по місяцях і по станціях). Найбільша мінливість добових величин сумарної радіації знайдена по всіх станціях в лютому (28,7- 52,2 Вт/м), в цьому ж місяці майже на всіх станціях маємо найбільші значення коефіцієнта варіації (0,22 –,28). Коефіцієнт асиметрії у всі місяці на всіх станціях від´ємний і майже у всіх випадках (окрім жовтня на станціях Вахуд, Сиб і Сер) має помірне значення, тобто модальна величина перевищує середню. Великим є також і значення коефіцієнту ексцесу, що свідчить про концентрацію величин добових сум біля їх модального значення.
На підставі значень асиметрії і ексцесу можна висунути гіпотезу про теоретичний розподіл емпіричних рядів.
Була виконана апроксимація кривими Пірсона І, ІІІ типу і нормальним законом, які описуються виразами:
нормальний розподіл ; (2)
розподіл Пірсона І типу: ; (3)
розподіл Пірсона ІІІ типу: . (4)
В табл.1 представлені результати апроксимації рядів добових величин сумарної радіації.
b0ef.f8.
e0)
b0f1.e4.
b0ef.f8.
e1)