Выбор местоположения ветряной мельницы с использованием дистанционного зондирования и ГИС — тематическое исследование в Андамане, Индия

1. ВВЕДЕНИЕ

Андаманские и Никобарские острова являются вершинами подводного горного хребта, лежащего в большой тектонической зоне шовного простирания, которая простирается от восточных Гималаев до Аракана вдоль границы с Мьянмой и, наконец, до Суматры и меньшей Сунды. Архипелаг состоит из группы из 572 островов, островков и скал, но в общей сложности насчитывается 352 важных острова, включая главную цепь Андаманских и Никобарских островов, архипелаг Ритч и лежащие вулканические острова Наркондам и Баррен. Острова занимают площадь 8 249 км 2, из которых 6 408 км 2 занимают Андаманская группа, а 1841 км 2 — группы островов Никобар. Андаманская группа состоит из 324 островов, из которых 24 населены, а Никобарская группа состоит из 28 островов, из которых 12 населены. Холмистая местность и промежуточные долины характеризуют физиографию этого архипелага. Есть несколько потоков, питаемых дождем, которые летом высыхают. Все крупные острова поддерживают пышный рост вечнозеленых, полувечнозеленых, влажных лиственных и прибрежных лесов от уреза воды до вершины горы, в зависимости от рельефа и характера почвы. В административных целях острова делятся на два района, а именно Андаманский и Никобарский. В общей сложности насчитывается 204 прибыльных села, из которых 197 находятся в Андаманском районе. Андаман и Никобар имеют хороший экономический оборот благодаря индустрии туризма благодаря богатой природной красоте ландшафта и природных ресурсов. В то же время эти острова сталкиваются с такими проблемами, как рост населения, коммерческое развитие и т. Д., И, как следствие, острая нехватка энергии.

Растущие потребности острова в энергии должны быть включены в долгосрочный генеральный план даже в этом штате. Зависимость должна полностью зависеть от местных ресурсов — биомассы и других островных ресурсов, а также огромных возобновляемых ресурсов океана и атмосферы. Поэтому возможно, что технология, которая может быть разработана и усовершенствована для островов, может стать прорывом для национальной программы. Производство биомассы может осуществляться в ускоренном масштабе при очень благоприятных условиях. Солнечные, приливные и ветровые ресурсы могут иметь большое значение. Морские ресурсы — это новый вызов для наших ученых и технологов. Когда сельскохозяйственное производство, промышленное развитие и экономическая эксплуатация океанических ресурсов идут рука об руку, энергетическая проблема может стать препятствием, если соответствующие шаги не будут предприняты в этом направлении (Qasim 1998).

Власть может стать серьезным ограничением. Если ресурсы на острове не обнаружены, тепловые электростанции, использующие уголь или дизельное топливо, могут быть очень дорогими. Кроме того, загрязнение топливом может разрушить природные ресурсы острова. Возможности гидроэнергетики ограничены из-за нестабильной природы рек. В этом контексте может потребоваться энергичное изучение альтернативных источников энергии. Три подхода, которые могут оказаться плодотворными, — это геотермальная энергия, энергия ветра и преобразование тепловой энергии океана (OTEC). Из-за вулканического происхождения основных островов, возможно, будут доступны подходящие геотермальные участки для крупномасштабного производства энергии. OTEC уже запланирован для островов Лакшадвип. Возможные сайты OTEC для андаманцев также должны быть изучены. Кроме того, было предпринято очень мало попыток исследовать использование энергии ветра. Спутниковые технологии могут быть использованы для продвижения ветряных мельниц (Qasim 1998).

Чтобы снизить нагрузку на имеющиеся земельные и водные ресурсы в связи с увеличением численности населения на ныне населенных островах, следует изучить возможность перемещения части этого населения на необитаемые острова после создания необходимых объектов. На некоторых из этих островов доступна как солнечная, так и ветровая энергия. Использование фотоэлектрических солнечных элементов и ветряных мельниц для производства электроэнергии далеко пойдет на их развитие. Генерирующая мощность ветроэнергетических систем составляет от 100 Вт до 4 МВт. Системы требуют установки генератора с ротором, башни, комплекта аккумуляторов и блока управления. Генератор средней мощности 500 Вт с ротором диаметром 5 м и сроком службы 10 лет может стоить рупий. 10 000 000 (TEDA 1999). Эти системы могут принести пользу прибрежным курортам, потому что эти области, как правило, подвержены воздействию ветра. Для того чтобы энергия ветра была экономически целесообразной, необходима средняя скорость ветра более 4 м в секунду. В этом случае ветрогенераторы зачастую дешевле, чем фотоэлектрические и дизельные генераторы. Квалифицированные специалисты обязаны устанавливать и обслуживать систему. Техническое обслуживание требует регулярных проверок и доступа к новым деталям (Huttche et al. 2002).

Из-за важной взаимосвязи между доступной мощностью и скоростью ветра турбина должна быть правильно расположена, чтобы обеспечить свободное движение ветра. Энергия ветра является особенно привлекательным способом выработки электроэнергии, поскольку она практически не загрязняет окружающую среду. Более половины всей электроэнергии, потребляемой в Индии, вырабатывается в результате сжигания угля, и в ходе этого процесса в атмосферу выбрасывается большое количество токсичных металлов, загрязнителей воздуха и парниковых газов. Развитие 10% ветрового потенциала в 10 самых ветреных штатах Индии обеспечит более чем достаточно энергии для устранения выбросов от внутренних угольных электростанций и устранения основного источника кислотных дождей в стране; сократить выбросы углерода (самый важный парниковый газ); и помочь остановить распространение астмы и других респираторных заболеваний, которые ухудшились или вызваны загрязнением воздуха в этой стране. Если энергия ветра обеспечивает 20% электроэнергии страны, что является очень реалистичной и достижимой целью при использовании современных технологий, она может заменить более трети выбросов от угольных электростанций или всех радиоактивных отходов и загрязнение воды от атомных электростанций. Таблица 1 показывает состояние установленной энергии ветра в Индии.

Каждый план развития острова должен основываться на долгосрочной необходимости, принимая во внимание как живые, так и неживые природные ресурсы, экологический статус, природную красоту и текущее состояние развития региона. Это требует надежной и современной базы данных о природных ресурсах и их распределении в космосе. При использовании традиционных методов полученные данные часто занимают много времени и менее доступны. Технология дистанционного зондирования с единой и объективной системой сбора данных способна предоставлять столь необходимую информацию на больших площадях в одном синоптическом виде, за короткое время и периодически. Для труднодоступных мест это единственный источник сбора данных. Поэтому методы дистанционного зондирования и ГИС были использованы для определения местоположения ветряных мельниц в качестве пилотного проекта для острова Северный проход.

Чтобы предложить подходящие места для ветряных мельниц, использующих дистанционное зондирование и ГИС, были приняты следующие критерии:

1. Плоская равнина и наклон менее 5 °

2. Минимальная высота навеса при высоте дерева не должна превышать 40 м.

3. Ближайшие регионы должны быть высотой менее 60 м

4. Наветренная сторона больше подходит, чем подветренная сторона

5. Открытая береговая линия в виде расщелины горы, которая производит эффект ветра

6. U-образные долинные районы с хорошими скоростями ветра

По состоянию на 31 марта 2002 г., 31 марта 2003 г., 31 января 2004 г.

Демонстрационные проекты (МВт) Проекты частного сектора (МВт) Общая мощность (МВт)

Демонстрационные проекты (МВт) Проекты частного сектора (МВт) Общая мощность (МВт) (МВт)

Андхра-Прадеш 5,4 87,2 92,6 5,4 87,2 92,6 92,8

Гуджарат 17,3 149,6 166,9 17,3 155,8 173,1 201,2

Карнатака 2,6 66 68,6 2,6 121,7 124,3 177,5

Керала 2 — 2 2 0 2 2

Мадхья-Прадеш 0,6 22 22,6 0,6 22 22,6 22,6

Махараштра 6,4 392,8 399,2 8,4 392,8 401,2 401,3

Раджастхан 6,4 9,7 16,1 6,4 54,3 60,7 109

Тамил Наду 19,4 838,1 857,5 19,4 970,9 990,3 1119,7

Западная Бенгалия 1,1 — 1,1 1,1 0 1,1 1,1

Другое 1,6 — 1,6 1,6 0 1,6 —

Итого (вся Индия) 62,8 1565,4 1628,2 64,8 1844,7 1869,5 217,2

Источник: ТАДА (1999)

Таблица 1: Установленная мощность в ветряных электростанциях по штату в Индии

2. ОБЛАСТЬ ИЗУЧЕНИЯ

Андаманские и Никобарские острова расположены в Бенгальском заливе в 6 ° и 14 ° северной широты, 92 ° и 94 ° восточной долготы. В административных целях острова разделены на два района, а именно Андаманский и Никобарский. Первый состоит из двух подразделений, а именно Южного Андамана и Майабандера с четырьмя тахсилами. Никобарский район делится на царя Никобара и Нанковри Тахсил. Четыре тахсилы в Андаманском районе — Диглипур, Майабундер, Рангат и Южный Андаман. Тахсил из южной Андаманской области делится на два тахсила, а именно Порт-Блэр и Ферраргундж. В настоящее время 36 островов на Андаманских и Никобарских островах населены. Население по данным переписи 1991 года составляет 2,80,661, а по данным переписи 2001 года — более 3 500 000 на Андаманских и Никобарских островах. Из общего населения, большинство (90%) являются поселенцами за пределами островов.

3. МЕТОДОЛОГИЯ

Метод картографирования ГИС использовался для выявления и картирования потенциальных мест ветроэнергетики на острове Северный проход. Тематические карты, такие как ландшафт, трехмерная модель высоты и уклон, были оцифрованы, исправлены, проанализированы и интегрированы для определения подходящих мест для установки ветряных мельниц с использованием программного обеспечения Arc View GIS.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ

Жидкость (воздух), которая приводит в движение рабочее колесо, намного менее плотна, чем вода, поэтому диаметр рабочего колеса должен быть намного больше, чем у водяной турбины. Водяная турбина, способная генерировать один мегаватт (МВт) электроэнергии, будет иметь диаметр несколько метров, а ротор ветровой турбины мощностью 1 МВт будет иметь ширину около 54 метров. Во-вторых, согласно AWEA 2003, энергия ветра доступна в гораздо большем географическом диапазоне, чем гидроэнергетика.

Хорошая скорость ветра важна. Энергия, содержащаяся в ветре, является функцией куба его скорости (Jeyakumar et al., 2002). Это означает, что участок со средним ветром со скоростью 12 миль в час имеет на 70% больше энергии, чем участок со средним ветром со скоростью 10 миль в час.

Генерируемая энергия ветра изменяется в зависимости от куба скорости ветра. Масса воздуха (м) со скоростью (v) и плотностью (d), протекающая в единицу времени через область (A), проходящую через лопасти обычной ветродвигателя с горизонтальной осью, равна dAV. Таким образом, кинетическая энергия этой массы воздуха определяется как 1/2 мВ2 = 1 / 2dAV3. Поэтому очень важно размещать ветряные электростанции в районах с высокими средними скоростями ветра. Скорость ветра увеличивается с высотой над землей; Также растет на открытых площадках (море, большое озеро и т. д.). Было обнаружено, что места со средней скоростью ветра от 6,5 до 8 м / с идеально подходят для развития ветроэнергетики (Suneel 1995). Плотность энергии ветра, наблюдаемая на группе островов Андаманских островов, находится в диапазоне от 55,30 до 106,60 Вт / м2.

Использование дистанционного зондирования и ГИС для выбора местоположения ветряной мельницы имеет много преимуществ, таких как сокращение времени, затрат и рабочей силы при определении местоположения станции мониторинга ветра, предоставляет заранее определенные знания о местоположении станции мониторинга ветра, может быть идентифицировано, интегрировано в недоступные районы и может дополнительно выполнять анализ перспективы. увеличить потенциал научных исследований в месте расположения ветряной мельницы. В таблице 2 приведены данные островных станций мониторинга ветра для потенциальных участков на Андаманских и Никобарских островах. Одно из лучших мест для ветровых машин — вершина гладкого, хорошо округленного холма с пологим склоном, лежащим на плоской равнине. Место на острове на озере или море, как правило, отличное место; открытая равнина, хорошая береговая линия как расщелина горы, которая вызывает обливание ветром, хороша. Предлагаемое место ветряных мельниц падает на широту и долготу 12 ° 17 ° 00,50 "северной широты — 12 ° 17 и 54; 54,94" северной широты и 92 ° 55 ° 53,54 "восточной долготы — 92 ° 56 ° # 39; 06,62 "E (рис. 1). Площадь предлагаемого участка составляет 50 га. В этой области может быть выработано около 5 МВт электроэнергии.

S.No Широта Долгота Станция Плотность ветра (Вт / М2) на высоте 20 м

1 10 ° 34 "92 ° 26" South Bay 106.60

2 08 ° 15 "93 ° 08" Минюк 62.60

3 08 ° 13 "93 ° 10" Чукмачи 66,20

4 13 ° 14 "92 ° 57" Рамкришнаграм 55.30

5 12 ° 53 "92 ° 54" Поккадеро 63.10

6 11 ° 39 "92 ° 45" Баркат линия 63.00

7 11 ° 40 "92 ° 44" Бухта Феникс 68.50

Источник: CWET 2000

Таблица 2. Станция мониторинга ветра на островах Андаманские и Никобарские острова

Отчеты станции мониторинга ветра о таких местах, как Рамакришнаграм, Поккадеро, Бухта Феникс, Линия Баркат, Саут-Бэй, Минюк и Чукмачи, показывают, что общее направление ветра направлено на юг — юго-запад и его энергия колеблется от 55,30 Вт / м2 до 106 20

Вт / м2 (рис. 2). На континенте наблюдается низкая энергия ветра, а на берегу энергия ветра высокая. Кроме того, фасадная сторона на стороне ветра имеет максимальную энергию ветра, в то время как на левой стороне энергия ветра уменьшается из-за толстого покрытия навеса и рассеивания ветра из-за возвышенностей.

В целом, небольшие острова, расположенные на подветренной стороне более крупных островов, высота которых превышает 60 м, не могут быть предложены ветряным мельницам из-за их высоты и эффекта навеса. Однако в случае с островом Северный Пасс он окружен островами, такими как Баратанг на востоке, Центральный Андаман на севере и пролив на юге. Хотя он окружен крупнейшими возвышенными островами, географическое положение подходит для ветряных мельниц. На восточной стороне северного прохода есть пролив Хомфри. Работает как воронка для потока ветра. Высота окружающего острова составляет менее 60 м, а расстояние от берега острова Баратанг составляет около 7 км. Поэтому этот остров имеет прекрасное географическое положение, чтобы использовать его для строительства ветряной мельницы.

Для острова Северный проход анализ уклона выполняется с помощью программного обеспечения Arc View GIS, которое показывает, что большая часть острова находится в пределах 10-градусного уклона. Территория, предлагаемая для строительства ветряной мельницы, имеет уклон 5 °. Этот уклон наиболее подходит для непрерывного позиционирования ветряных мельниц в полевых условиях. Топография района исследования показывает, что между северной и восточной частями острова расположена U-образная долина, высота пика северной части острова составляет 64 метра, а восточной части острова — 84 метра. Этот район долины окружен морем, и благодаря U-образной топографии наблюдается благоприятный воздушный поток. Постоянный ветер делает его отличным местом для постройки ветряной мельницы. Благодаря U-образной долине и близости к морю ветер обрел хорошую скорость.

Электроэнергия, вырабатываемая этой ветряной мельницей, также может передаваться на ближайшие населенные острова. Следующие острова были ближайшими обитаемыми островами от острова Северный проход (рис. 3). Расстояние от Северного прохода до Лонг-Айленда составляет 7,8 км, пролива 8,3 км, Баратанга 15,11 км и Северного Андамана 11,9 км. Реализация этого исследования будет чрезвычайно полезна как для жителей этого острова, так и для соседних островов.

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Это исследование исследует потенциал спутниковых технологий для определения мест строительства ветряных мельниц. Использование программного обеспечения ArcGIS для интеграции тематической информации, такой как геоморфология, данные о ветре, землепользовании и т. Д. Использование спутниковых изображений, данных полевых исследований и другой атрибутивной информации улучшает обзор и повышает его точность. Подобные исследования могут быть проведены в других частях Андаманских островов, где воздушный поток свободен и, вероятно, на стороне острова от ветра, то есть в западной Андаманской области.

ПОДТВЕРЖДЕНИЯ

Автор благодарен Министерству окружающей среды и лесного хозяйства за финансовую поддержку и директору CWET в Ченнае за предоставление соответствующей информации для подтверждения этого исследования.