Использование ветряной энергии

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

План

  • История использования ветряной энергии
  • Мельница со станиной
  • Генерация электроэнергии из энергии ветра
  • Ветровые установки
  • Ветровые электростанции и их типы
  • Типы ветродвигателей
  • Промышленное использование ветрогенератора
  • Частное использование ветровой электростанции
  • Преимущества и недостатки ветровых электростанций
  • Использование ветрогенераторов в Украине
  • Ветростанции Украины
  • Список литературы

История использования ветряной энергии

Уже в 200-м году до н.э. персы использовали ветряные мельницы для размола зерна в Персии. Мельницы такого типа были распространены в исламском мире и в 13-м веке крестоносцами принесены в Европу.

«Мельницы на козлах, так называемые немецкие мельницы, являлись до середины XVI в. единственно известными. Сильные бури могли опрокинуть такую мельницу вместе со станиной. В середине XVI столетия один фламандец нашел способ, посредством которого это опрокидывание мельницы делалось невозможным. В мельнице он ставил подвижной только крышу, и для того, чтобы поворачивать крылья по ветру, необходимо было повернуть лишь крышу, в то время как само здание мельницы было прочно укреплено на земле» (К. Маркс. «Машины: применение природных сил и науки»).

Мельница со станиной

Масса козловой мельницы была ограниченной в связи с тем, что её приходилось поворачивать вручную, поэтому её производительность была ограниченной. Усовершенствованные мельницы получили название «шатровые».

В XVI веке в городах Европы начинают строить водонасосные станции с использованием гидродвигателя и ветряной мельницы. Толедо — 1526 г., Глочестер — 1542 г., Лондон — 1582 г., Париж — 1608 г., и др. В Нидерландах многочисленные ветряные мельницы откачивали воду с земель, ограждённых дамбами. Отвоёванные у моря земли использовались в сельском хозяйстве. В засушливых областях Европы ветряные мельницы применялись для орошения полей.

В 19-м веке в Дании были изобретены ветряные мельницы, производящие электричество. Там в 1890-м году была построена первая ветроэлектростанция, а к 1908-му году насчитывалось уже 72 станции мощностью от 5 до 25 кВт. Крупнейшие из них имели четырёхлопастные роторы диаметром 23 м и высоту башни 24 м. Предшественница современных ветроэлектростанций с горизонтальной осью была построена в 1931 году в Ялте и имела мощность 100 кВт. Высота башни ветроэлектростанции была 30 м.

К 1941-му году единичная мощность ветроэлектростанций достигла 1,25 МВт. В период с 1940-х по 1970-е годы, в связи с интенсивным развитием передающих и распределительных сетей, дававших независимое от погоды энергоснабжение за умеренные деньги, ветроэнергетика переживает период упадка. Возрождение интереса к ветроэнергетике началось в 1980-х, когда в штате Калифорния (США) начали предоставляться налоговые льготы для экологически чистой энергии.

Генерация электроэнергии из энергии ветра

Движущая сила ветра относится к маломощным источникам энергии. Например, по сравнению с потоком воды поток воздуха того же сечения и той же скорости имеет почти в 800 раз меньшую энергию. Величина ветровой энергии очень непостоянна даже на протяжении суток, не говоря уже о продолжительных промежутках времени; и в течение малых промежутков времени ветер дует порывами, которые следуют один за другим через несколько десятков секунд.

Это непостоянство величины и малая мощность снижают энергетическую эффективность ветра. Задача техники — построить такие приемники энергии ветра, которые могли бы ее максимально использовать, имели достаточную прочность и были бы просты в эксплуатации. Распределение энергетических ресурсов ветра можно проанализировать по климатической карте Украины.

ветровой генератор электростанция энергия

Энергия ветрового потока зависит от скорости ветра и плотности воздуха; последняя определяется физическим состоянием и составом воздуха — температурой, давлением, содержанием в нем влаги. Как показывают теоретические исследования ветродвигатели не могут использовать более 50% этой энергии, а практически используют 30−40% в зависимости от качества конструкции, легкости крыльев и др. Остаток энергии расходуется на завихрение потока за крыльями, трение и другие затраты. И все же ветровую энергию или энергию движущейся воды следует признать природной. Там, где ее используют с определенными сроками работы, она представляет собой очень полезный источник энергии и находит широкое применение. Использование ветродвигателей для различных работ в колхозах и совхозах в последние годы увеличилось. В хозяйственных планах причиной недостаточного внедрения ветродвигателей до сих пор было отсутствие простых и дешевых конструкций. Теперь этому: вопросу уделяется достаточно внимания. Разрабатываются соответствующие конструкции ветродвигателей. Для каждого ветродвигателя существуют группы рабочих скоростей ветра:

· а) — слабый ветер;

· б) — рабочие скорости ветра, при достижении верхнего предела которых двигатель может выйти из строя;

· в) — слишком сильный ветер при котором двигатель отключают во избежание поломок.

Составив карты распределения эффективных скоростей ветра можно определить, в каких районах наиболее целесообразно устанавливать ветродвигатели того или иного типа. Например, на основании расчетов можно оценить какую долю суммарной мощности теряет ветродвигатель за границей интервала рабочих скоростей (а) и какую за счет наличия верхней границы (в). Если повторяемость скоростей больше (в), то следует рекомендовать устанавливать в данном пункте более легкий ветродвигатель. Наоборот если потеря мощности двигателя происходит из-за большой повторяемости скоростей ветра предела (в) то рационально в таком пункте использовать более тяжелый ветродвигатель. Мощность ветродвигателя пропорциональна кубу скорости ветра.

Ветряные электростанции строят в местах с высокой средней скоростью ветра — от 4,5 м/с и выше.

Предварительно проводят исследование потенциала местности. Анемометры устанавливают на высоте от 30 до 100 метров, и в течение одного-двух лет собирают информацию о скорости и направлении ветра. Полученные сведения могут объединяться в карты доступности энергии ветра. Такие карты (и специальное программное обеспечение) позволяют потенциальным инвесторам оценить скорость окупаемости проекта.

Обычные метеорологические сведения не подходят для строительства ветряных электростанций: эти сведения о скоростях ветра собирались на уровне земли (до 10 метров) и в черте городов, или в аэропортах.

Во многих странах карты ветров для ветроэнергетики создаются государственными структурами, или с государственной помощью. Например, в Канаде Министерство развития и Министерство Природных ресурсов создали Атлас ветров Канады и WEST (Wind Energy Simulation Toolkit) — компьютерную модель, позволяющую планировать установку ветрогенераторов в любой местности Канады. В 2005 году Программа Развития ООН создала карту ветров для 19 развивающихся стран, и т. д.

Скорость ветра возрастает с высотой. Поэтому ветряные электростанции строят на вершинах холмов или возвышенностей, а генераторы устанавливают на башнях высотой 30−60 метров. Принимаются во внимание предметы, способные влиять на ветер: деревья, крупные здания и т. д.

При строительстве ветряных электростанций учитывается влияние ветрогенераторов на окружающую среду. Законы, принятые в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании, ограничивают уровень шума от работающей ветряной энергетической установки до 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью. Минимальное расстояние от установки до жилых домов — 300 м.

Современные ветряные электростанции прекращают работу во время сезонного перелёта птиц. Популяции летучих мышей, живущие рядом с ВЭС на порядок более уязвимы, нежели популяции птиц. Возле концов лопастей ветрогенератора образуется область пониженного давления, и млекопитающее, попавшее в неё, получает баротравму. Более 90% летучих мышей, найденных рядом с ветряками обнаруживают признаки внутреннего кровоизлияния. По объяснениям учёных, птицы имеют иное строение лёгких, а потому менее восприимчивы к резким перепадам давления и страдают только от непосредственного столкновения с лопастями ветряков

Ветровые установки

Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве. Такое преобразование может осуществляться такими агрегатами, как ветрогенератор (для получения электрической энергии), ветряная мельница (для преобразования в механическую энергию), парус (для использования в транспорте) и другими.

Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием деятельности солнца. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью, так в конце 2009 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 159,2 гигаватт. В том же году количество электрической энергии, произведённой всеми ветрогенераторами мира, составило 340 тераватт-часовт (около 2% всей произведённой человечеством электрической энергии). Некоторые страны особенно интенсивно развивают ветроэнергетику, в частности, на 2009 год в Дании с помощью ветрогенераторов производится 20% всего электричества, в Ирландии — 14%, в Португалии — 14%, в Испании — 13% и в Германии — 8%. В мае 2009 года 80 стран мира использовали ветроэнергетику на коммерческой основе.

Крупные ветряные электростанции включаются в общую сеть, более мелкие используются для снабжения электричеством удалённых районов. В отличие от ископаемого топлива, энергия ветра практически неисчерпаема, повсеместно доступна и более экологична. Однако, сооружение ветряных электростанций сопряжено с некоторыми трудностями технического и экономического характера, замедляющими распространение ветроэнергетики. В частности, непостоянство ветровых потоков не создаёт проблем при небольшой пропорции ветроэнергетики в общем производстве электроэнергии, однако при росте этой пропорции, возрастают также и проблемы надёжности производства электроэнергии. Интеллектуальное управление распределением электроэнергии может помочь в решении подобных проблем.

Энергия ветра - технология применения ветра для выработки электроэнергии — представляет собой самый быстрорастущий во всем мире источник электричества. Энергия ветра производится массивными трехлопастными ветротурбинами устанавливаемыми на самом верху высоких башен и работающими подобно вентиляторам, но в обратном порядке. Вместо того чтобы использовать электричество для получения ветра, турбины используют ветер для получения электричества.

Ветровые установки являются одним из самых перспективных и одновременно экологически чистых способов выработки электроэнергии. Вместе с тем, энергия ветра относится к числу возобновляемых источников энергии. Возобновляемые ресурсы — природные ресурсы, запасы которых или восстанавливаются быстрее, чем используются, или не зависят от того, используются они или нет.

Ветровые электростанции и их типы

Ветряные электростанции (Wind farm) в переводе с английского означают ветряные фермы, так в Европе их даже чаще называют. Ветряные электростанции представляют собой совокупность нескольких ветрогенераторов, которые собраны в одном или нескольких местах.

Крупные ветровые электростанции могут состоять из сотен ветрогенераторов. Ветрогенератор — это ветроэлектрическая установка, сокращёно обозначается как ВЭУ, подразумевает под собой устройство, основная задача которого заключается в преобразовании кинетической энергии в электрическую.

Ветрогенератор, пригодный для промышленного использования, отличается большими размерами, потребностью в значительной силе ветра и соответственно вырабатываемой мощностью. О промышленном использовании ветрогенератора можно говорить, когда вырабатываемая мощность не опускается ниже 10 КВт — например, для вентиляции горячего цеха в кондитерской промышленности.

В общих чертах, устройство ветровой электростанции выглядит следующим образом. Ветер вращает лопасти, а лопасти крутят вал, который соединен с набором зубчатых колес, приводящих в действие электрогенератор. Крупные турбины для электроснабжения могут вырабатывать от 750 киловатт (киловатт = 1 000 ватт) до 1,5 мегаватт (мегаватт = 1 миллиону ватт) электроэнергии. В жилых домах, на телекоммуникационных станциях и в водяных насосах в качестве источника энергии применяются небольшие одиночные ветротурбины мощностью менее 100 киловатт. Это, прежде всего, характерно для отдаленных районов, в которых отсутствует энергосистемы общего пользования.

В ветровых установках группы турбин связаны вместе с целью выработки электроэнергии для энергосистем общего пользования. Электричество подается потребителям посредством линий передач и распределительных линий.

Принципиальная простота дает здесь исключительный простор для конструкторского творчества, но только неопытному взгляду ветроагрегат представляется простой конструкцией.

Традиционная компоновка ветряков — с горизонтальной осью вращения — неплохое решение для агрегатов малых размеров и мощностей. Когда же размахи лопастей выросли, такая компоновка оказалась неэффективной, так как на разной высоте ветер дует в разные стороны. В этом случае не только не удается оптимально ориентировать агрегат по ветру, но и возникает опасность разрушения лопастей.

Кроме того, концы лопастей крупной установки, двигаясь с большой скоростью создают шум. Однако главное препятствие на пути использовании энергии ветра все же экономическая — мощность агрегата остается небольшой и доля затрат на его эксплуатацию оказывается значительной. В итоге себестоимость энергии не позволяет ветрякам с горизонтальной осью оказывать реальную конкуренцию традиционным источникам энергии.

Лопастник (лопастный ветрогенератор) считается более эффективным в зонах, где стабильны сильные ветра — это в основном прибрежная полоса или горная местность. Оптимальная скорость ветра для работы лопастника — 9 — 12 м/с. При малом ветре полезность такого ветрогенератора, даже если он находится на традиционно высокой мачте, низка.

Парусник (парусный ветрогенератор) получил распространение в наших широтах. Он стартует при минимальном ветре и, хотя имеет меньшую по сравнению с лопастником быстроходность и соответственно, вырабатываемую мощность, исправно обеспечивает нас ветроэлектричеством тогда, когда «конкурент» задумчиво покачивает лопастями на своей мачте.

В парусном ветрогенераторе система ухода от сильного ветра реализована следующим образом: при усилении ветра давление на ветроколесо растет, и ось колеса опускается, при этом паруса имеют меньшую площадь и сопротивление ветру минимально.

Самый распространённый в настоящее время тип ветряных электростанций. Ветрогенераторы устанавливаются на холмах или возвышенностях.

Промышленный ветрогенератор строится на подготовленной площадке за 7−10 дней.

Наземная ветряная электростанция

Получение разрешений регулирующих органов на строительство ветряной фермы может занимать год и более.

Для строительства необходима дорога до строительной площадки, тяжёлая подъёмная техника с выносом стрелы более 50 метров, так как гондолы устанавливаются на высоте около 50 метров.

Электростанция соединяется кабелем с передающей электрической сетью.

Крупнейшей на данный момент ветряной электростанцией является электростанция в городе Роско (Roscoe), штат Техас, США. Она была запущена 1 октября 2009 года немецким энергоконцерном E. ON. Станция состоит из 627 ветряных турбин производства Mitsubishi, General Electric и Siemens. Полная мощность — около 780 МВт. Площадь электростанции не менее 400 кмІ.

Прибрежные ветряные электростанции строят на небольшом удалении от берега моря или океана. На побережье с суточной периодичностью дует бриз, что вызвано неравномерным нагреванием поверхности суши и водоёма. Дневной, или морской бриз, движется с водной поверхности на сушу, а ночной, или береговой — с остывшего побережья к водоёму.

Строительство прибрежной электростанции

Шельфовые ветряные электростанции строят в море: 10−12 километров от берега. Шельфовые ветряные электростанции обладают рядом преимуществ:

· их практически не видно с берега;

· они не занимают землю;

· они имеют большую эффективность из-за регулярных морских ветров.

Шельфовые электростанции строят на участках моря с небольшой глубиной. Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров. Электроэнергия передаётся на землю по подводным кабелям.

Шельфовые электростанции более дороги в строительстве, чем их наземные аналоги. Для генераторов требуются более высокие башни и более массивные фундаменты. Солёная морская вода может приводить к коррозии металлических конструкций.

Первый прототип плавающей ветряной турбины построен компанией H Technologies BV в декабре 2007 года. Ветрогенератор мощностью 80 кВт установлен на плавающей платформе в 10,6 морских милях от берега Южной Италии на участке моря глубиной 108 метров.

Норвежская компания StatoilHydro разработала плавающие ветрогенераторы для морских станций большой глубины. StatoilHydro построила демонстрационную версию мощностью 2,3 МВт в сентябре 2009 года. Турбина под названием Hywind весит 5 300 тонн при высоте 65 метров. Располагается она в 10 километрах от острова Кармой, неподалёку от юго-западного берега Норвегии.

Стальная башня этого ветрогенератора уходит под воду на глубину 100 метров. Над водой башня возвышается на 65 метров. Диаметр ротора составляет 82,4 м. Для стабилизации башни ветрогенератора и погружения его на заданную глубину в нижней его части размещён балласт (гравий и камни). При этом от дрейфа башню удерживают три троса с якорями, закреплёнными на дне. Электроэнергия передаётся на берег по подводному кабелю.

Компания планирует в будущем довести мощность турбины до 5 МВт, а диаметр ротора — до 120 метров.

Офшорные ветровые установки, в настоящее время находящиеся на ранних стадиях разработки, дороже и труднее устанавливать, чем турбины, работающие на суше. Офшорные турбины должны конструироваться таким образом, чтобы они могли выдержать нагрузку ветра и волн во время жестоких штормов. Кроме того, следует обеспечить защиту таких турбин от коррозийного воздействия морской среды.

Некоторые преимущества офшорной установки турбин состоят в том, что последние можно делать больше размером, чем турбины, работающие на суше. Это дает возможность производить больше энергии на одну турбину, а размещение турбин в океане обеспечивает наличие гораздо больших скоростей ветра и меньшей бурности. Офшорная установка турбин также сокращает масштабы землепользования, и могла бы вызывать меньшее беспокойство по поводу эстетической стороны дела, если турбины находятся далеко от берега за пределами видимости.

Недавние исследования показывают, что есть значительные ресурсы ветровой энергии в районах Соединенных Штатов, расположенных рядом с основными городскими территориями в средней Атлантике и на Северо-востоке. В Европе офшорные ветротурбины производят около 600 мегаватт электроэнергии, но пока там не устанавливалось турбин в водах, имеющих глубину больше 20 метров.

Что касается офшорных ветровых установок на глубине менее 30 метров, то европейские производители турбин приняли на вооружение традиционные конструкции ветровых установок, устанавливаемых на суше, и поставили их на бетонные основы или стальные одиночные сваи, вбитые в морское дно. Офшорная подстанция собирает электроэнергию и увеличивает напряжение, а затем скрытый подводный кабель передает ее на берег, где другая подстанция обеспечивает дальнейший подъем напряжения для последующей передачи электроэнергии коммунальным службам, которые распределяют ее среди потребителей.

Значительная часть потенциальных офшорных ресурсов ветровой энергии США находится в водах на глубине большей, чем предел глубины, предусмотренный для ныне применяющейся технологии, который составляет около 30 метров. Эта технология разработана в Европе для Балтийского моря. Основания одиночных свай, вбитых в морское дно, плохо подходят к более глубоким водам, имеющимся у берегов США. Для производства рентабельной ветровой энергии в глубинных водах необходимо соответствующим образом приспосабливать технологии плавучих платформ, разработанные нефтегазовыми отраслями промышленности, а затем подгонять эти платформы для их применения к энергии ветра и разрабатывать новые низкозатратные методы анкеровки. Для того чтобы получить полное представление об этой новой офшорной технологии использования ветровой энергии, нужно было бы еще построить турбины и поддерживающую платформу в сухом доке с применением местной рабочей силы, отбуксировать плавучую турбину на предназначенное ей место в море, бросить якорь и подключиться к электрическому кабелю, протянутому на берег.

Вышеупомянутая программа энергии ветра производит оценку нескольких общих замыслов плавучей платформы для офшорных ветротурбин, рассчитанных на рентабельную выработку электроэнергии в водах, глубина которых составляет от 50 до 200 метров. Кроме того, эта программа ведет переговоры о заключении партнерского соглашения с одной из компаний в США на разработку первых прототипов американских ветровых турбин мощностью в несколько мегаватт, сконструированных специально для офшорного применения на мелководье.

Типы ветродвигателей

Большинство типов ветродвигателей известны так давно, что история умалчивает имена их изобретателей.

Они делятся на две группы:

ветродвигатели с горизонтальной осью вращения (крыльчатые);

ветродвигатели с вертикальной осью вращения (карусельные: лопастные и ортогональные.

Типы крыльчатых ветродвигателей отличаются только количеством лопастей.

Крыльчатые

Для крыльчатых ветродвигателей, наибольшая эффективность которых достигается при действии потока воздуха перпендикулярно к плоскости вращения лопастей-крыльев, требуется устройство автоматического поворота оси вращения. С этой целью применяют крыло-стабилизатор. Карусельные ветродвигатели обладают тем преимуществом, что могут работать при любом направлении ветра не изменяя своего положения.

Коэффициент использования энергии ветра у крыльчатых ветродвигателей намного выше чем у карусельных. В то же время, у карусельных — намного больше момент вращения. Он максимален для карусельных лопастных агрегатов при нулевой относительной скорости ветра. Распространение крыльчатых ветроагрегатов объясняется величиной скорости их вращения. Они могут непосредственно соединяться с генератором электрического тока без мультипликатора. Скорость вращения крыльчатых ветродвигателей обратно пропорциональна количеству крыльев, поэтому агрегаты с количеством лопастей больше трех практически не используются.

Карусельные

Различие в аэродинамике дает карусельным установкам преимущество в сравнении с традиционными ветряками. При увеличении скорости ветра они быстро наращивают силу тяги, после чего скорость вращения стабилизируется.

Карусельные ветродвигатели тихоходны и это позволяет использовать простые электрические схемы, например, с асинхронным генератором, без риска потерпеть аварию при случайном порыве ветра. Тихоходность выдвигает одно ограничивающее требование — использование многополюсного генератора работающего на малых оборотах. Такие генераторы не имеют широкого распространения, а использование мультипликаторов (мультипликатор [лат. multiplicator. умножающий] повышающий редуктор) не эффективно из-за низкого КПД последних.

Еще более важным преимуществом карусельной конструкции стала ее способность без дополнительных ухищрений следить за тем «откуда дует ветер», что весьма существенно для приземных рыскающих потоков. Ветродвигатели подобного типа строятся в США, Японии, Англии, ФРГ, Канаде.

Карусельный лопастный ветродвигатель наиболее прост в эксплуатации. Его конструкция обеспечивает максимальный момент при запуске ветродвигателя и автоматическое саморегулирование максимальной скорости вращения в процессе работы. С увеличением нагрузки уменьшается скорость вращения и возрастает вращающий момент вплоть до полной остановки.

Ортогональные

Ортогональные ветроагрегаты, как полагают специалисты, перспективны для большой энергетики. Сегодня перед ветропоклонниками ортогональных конструкций стоят определенные трудности. Среди них, в частности, проблема запуска.

В ортогональных установках используется тот же профиль крыла, что и в дозвуковом самолете.

Самолет, прежде чем «опереться» на подъемную силу крыла, должен разбежаться. Так же обстоит дело и в случае с ортогональной установкой. Сначала к ней нужно подвести энергию — раскрутить и довести до определенных аэродинамических параметров, а уже потом она сама перейдет из режима двигателя в режим генератора.

Отбор мощности начинается при скорости ветра около 5 м/с, а номинальная мощность достигается при скорости 14. 16 м/с.

Предварительные расчеты ветроустановок предусматривают их использование в диапазоне от 50 до 20 000 кВт. В реалистичной установке мощностью 2000 кВт диаметр кольца, по которому движутся крылья, составит около 80 метров.

У мощного ветродвигателя большие размеры. Однако можно обойтись и малыми — взять числом, а не размером. Снабдив каждый электрогенератор отдельным преобразователем можно просуммировать выходную мощность вырабатываемую генераторами. В этом случае повышается надежность и живучесть ветроустановки.

Рис. 1

Ветрогенераторы подразделяются на две основные категории: домашние и промышленные. Домашние ветрогенераторы предназначены для частного использования, промышленные — для выработки энергии в промышленной отрасли, ветрогенераторы второго типа устанавливаются крупными энергетическими корпорациями или государством.

Основное отличие ветряных электростанций от традиционных, то есть от атомных и тепловых, заключается в полном отсутствии необходимости использовать какой-либо вид сырья для выработки электроэнергии ветровой станцией. К тому же ветровые электростанции в результате своей работы не оставляют никаких отходов. Единственное требование, без соблюдения которого ветровая электростанция не сможет функционировать — это наличие высокого среднегодового уровня ветра. Современные ветрогенераторы достигают до 6 МВт по показателю мощности.

Промышленное использование ветрогенератора

Ветрогенератор, пригодный для промышленного использования, отличается большими размерами, потребностью в значительной силе ветра и соответственно вырабатываемой мощностью. О промышленном использовании ветрогенератора можно говорить, когда вырабатываемая мощность не опускается ниже 10 КВт — например, для вентиляции горячего цеха в кондитерской промышленности. Вот собственно и все, что нужно знать о таком ветрогенераторе для общего развития, поскольку мы заняты строительством народного ветряка, а наши читатели пока не планируют стать олигархами ветроэнергетики.

Частное использование ветровой электростанции

Как следует из названия, сюда относят ветрогенераторы меньшей мощности, обеспечивающие энергетические потребности небольшого числа частных лиц. Хотя мощности большой частной ветровой электростанции может хватить даже на «питание» целого поселка, мы оставим большие мощности в качестве будущих целей и займемся нашими народными ветряками. Их размеры, мощность и цена должны удовлетворять среднего потребителя электроэнергии или 1 — 2 дома. И здесь вновь стоит сказать, что предпочитаемый тип ветрогенератора напрямую зависит от условий местности.

Преимущества и недостатки ветровых электростанций

Плюсы:

· Экологическая чистота работы (отсутствие выбросов каких-либо видов газов);

· Возобновляемая неисчерпаемая энергия (в отличие от ископаемых видов горючего);

· Эргономика (компактность и сочетание с любым родом ландшафта);

· Отсутствие потребности использовать какой-либо вид топлива для осуществления работы ветрогенератора.

Минусы:

· Непостоянность скорости ветра (при недостаточной скорости ветроэлектростанция не сможет работать);

· По сравнению с дизельными генераторами, ветрогенераторы обеспечивают более низкий выход электроэнергии (необходимость устанавливать на ветровой электростанции дополнительные турбины);

· Наличие различных звуковых спектров вредного шума в процессе работы ветряной электростанции (ветроустановки конструируется на таком расстоянии от жилых сооружений, чтобы уровень шума не превышал 35−45 децибел);

· Создание ветряными электростанциями помех в работе различных систем связи;

Использование ветрогенераторов в Украине

Над территорией Украины действию ветра почти нет препятствий, кроме района Карпат и Крымских гор. Временами территория поражается засухами, особенно степная полоса. Она и представляет собой территорию возможного максимального внедрения ветрогенераторов для выполнения в сельскохозяйственном секторе большого числа дополнительных работ, таких как общее водообеспечение, орошение полей, осушение болот, изготовление твердых и мягких кормов, местный помол зерна, наконец, зарядка аккумуляторов и других работ. Не следует забывать, что каждый ветрогенератор, вырабатывая электроэнергию, тем самым освобождает в колхозе или совхозе много рабочих рук, экономит топливо, сохраняет чистоту окружающей среды.

Заводские ветрогенераторы, правда, начинают работать при скорости ветра около 4 м/с, но когда по флюгеру отмечается 3 м/с, учитывая увеличение скорости ветра с высотой и большую открытость ветрогенератора, можно считать, что на уровне лопастей скорость ветра будет не менее 4 м/с. Продолжительность работы ветрогенераторов в разных частях Украины и в разные месяцы составляет от 65 до 80% дней, т. е. от 500 до 600 ч в месяц, или от 5700 до 7000 ч в год.

Таким образом, простои ветрогенератора из-за слабых ветров должны составлять в отдельные месяцы и в отдельных районах Украины от 120 до 200 ч за месяц (5 — 10 дней). Но никогда не бывает, чтобы ветродвигатель не работал подряд указанное число дней; перерывы ограничиваются или частью суток (летом ночью) или продолжаются не больше 1−2 и очень редко 3−4 дней подряд (например, зимой при антициклональной погоде и устойчивых температурных инверсиях, когда вертикальный обмен воздуха ослабевает). Для таких периодов в наличии должен быть, как мы уже отмечали, определенный запас энергии — «запасной блок», расчет которого нетрудно сделать на основании данных о продолжительности и частоте слабых ветров.

Можно заметить определенную закономерность в возможности использования ветра на территории Украины. В январе, например, максимум времени возможного использования энергии ветра наблюдается в приморской зоне, южной Степи и в Донбассе, где продолжительность работы ветрогенератора может достигать, а возможно и превосходить 24 дня, т. е. почти 600 ч в месяц. Эти районы, а также горные районы Карпат и Крыма характеризуются и более высокими средними скоростями ветра по сравнению с другими районами Украины.

Наименьшая ветровая эффективность приходится на среднее течение Днепра и северо-западную часть Украины. В этих районах продолжительность ветров, которые в ветроэлектростанция с таким ветродвигателем может дать потребителю 50 000 кВт-ч электроэнергии за год. Таким образом, с 1 км² можно ежегодно получить 800 000 кВт ч электроэнергии. Известно, что для производства 1 кВт ч энергии необходимо около 0,5 кг топлива. Следовательно, 16 ветродвигателей этого типа могут сэкономить около 400 т топлива за год.

Проблемой ветроэнергетики занимается научно-производственное объединение «Ветроэн» (г. Истра, Московская обл.), сотрудники которого разрабатывают проекты и производят небольшие партии. ветродвигателей мощностью от 2 до 5 кВт. Эта продукция используется в районах, отдаленных от мест централизованного электроснабжения, со сложными природно-климатическими условиями.

На Украине определенный вклад в решение этой проблемы вносит научно — исследовательная база Киевского политехнического института. Она образована для испытания установок, которые используют возобновляемые источники энергии.

Пришло время заняться всеми этими проблемами, подключить все известные источники энергии в энергетический баланс страны.

Ветростанции Украины

В настоящий момент в Украине построено 10 ветростанций: семь в Автономной республике Крым, по одной ВЭС в Донецкой и Николаевской областях, и одна станция возле г. Трускавец в Карпатах.

Одним из важных условий для успешной реализации ветроэнергетических проектов является принятие и вступление в силу зеленых тарифов, которые позволили бы не только ускорить развитие ветроэнергетики в стране и перейти на турбины мегаватного класса, но и привлечь в Украину западных инвесторов.

В тоже время, несмотря на отсутствие четкой государственной политики, за последние 3 года в национальной ветроэнергетике произошли серьезные изменения.

В 2005 году была основана компания «НОВА-ЭКО», занимающаяся разработкой двух ВЭС суммарной мощностью 300 МВт в А Р Крым. В начале 2007 года португальский Холдинг Martifer Group, имеющий в своем активе акции ветроэнергетической компании Suzlon/RePower, принял решение стать стратегическим инвестором проекта «НОВА-ЭКО». Планируемые ВЭС будут размещены на двух площадках: в Черноморском районе — 100 турбин общей мощностью 200 МВт, и в Ленинском районе — 50 турбин общей мощностью 100 МВт. Общие инвестиции по проекту составят не менее 500 млн евро. В июне 2007 года была завершена «Оценка воздействия на окружающую среду», выполненная согласно международным стандартам, и разработано технико-экономическое обоснование (ТЭО) проекта. После проведения Государственной экспертизы ТЭО, проект «ВЭС-300» вступит в фазу практической реализации.

С сентября 2007 года украинская компания «Конкорд Групп» начала реализацию ветроэнергетического проекта установленной мощностью 100 МВт на территории Западной и Восточной части Автономной Республики Крым. Для строительства планируемых ВЭС запроектированы современные ветроагрегаты единичной мощностью 2+ МВт. Строительство станции запланировано на период с 2009 по 2010 годы. По предварительным расчетам выработка электроэнергии новой ВЭС будет составлять около 300 млн кВт·час в год, что соответствует сокращению выбросов СО2 на около 1 млн тонн за период с 2010 до 2012 года.

Список литературы

1. http: //addcos. com. ua/vetroenergetika/6#more-6

2. http: //www. krugosvet. ru/articles/12/1 001 222/1001222a1. htm

3. http: //generator-tut. ru/2010−08−20−09−16−09. html

4. http: //www. nparks. ru/wind. php

5. http: //www. invertors. ru/veter. htm

6. http: //vetrogenerator. org. ua/2009/04/vetrostancii-ukrainy/

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой