Реферат на тему ветроэнергетика

Обновлено: 05.07.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

МУНИЦИПАЛЬНОЕ АВТОНОМНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ПРИМЕНЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКА В МЕДИЦИНЕ

1. Перспективы ветроэнергетики в России

2. Изолированные регионы России

Не зря говорят: "Энергетика - хлеб промышленности". Чем более развиты промышленность и техника, тем больше энергии нужно для них. Существует даже специальное понятие - "опережающее развитие энергетики". Это значит, что ни одно промышленное предприятие, ни один новый город или просто дом нельзя построить до того, как будет определен или создан заново источник энергии, которую они станут потреблять. Вот почему по количеству добываемой и используемой энергии довольно точно можно судить о технической и экономической мощи, а проще говоря - о богатстве любого государства. В природе запасы энергии огромны. Практически безгранична энергия, "запечатанная" в ядрах атомов вещества. Но не все ее формы пригодны для прямого использования. Проблема обеспечения электрической энергией многих отраслей мирового хозяйства, постоянно растущих потребностей более чем семимиллиардного населения Земли становится сейчас все более насущной.

На сегодняшний день мировой рынок альтернативной энергетики развивается высокими темпами и уже существует более десятка видов источников возобновляемой и нетрадиционной энергии. Основные преимущества подобного рода источников хорошо известны – это, в первую очередь, экологическая чистота и условная неограниченность в использовании.

Актуальность темы этим и обусловлена что, современные наиболее используемые источники электроэнергии это гидро- тепло- и атомные электростанции, но они не экологичны. Альтернативная энергетика, построенная на использовании возобновляемых источников энергии, может стать той путеводной звездой, которая решить проблему экологии и исчерпаемости топливных ресурсов.

Объект исследования: ветряная энергия – её источники и потребители.

Предмет исследования: новые источники энергии, в частности ветер.

Целью проекта является раскрытие выгоды использования альтернативных источников энергии, способствовать популяризации альтернативных источников энергии.

1. Изучить литературу, и выяснить какие существуют источники энергии в наше время.

2. Изучить альтернативные источники энергии и понять принцип их работы.

Перспективы ветроэнергетики в России

В данный момент темпы роста ветроэнергетического рынка в России значительно отстают от стран с развитой ветроэнергетикой. Тем не менее, последние конкурсные отборы можно рассматривать как новый старт, который приведет к строительству в ближайшем будущем на территории России крупных ветропарков. Однако для того, чтобы вывести ветроэнергетику России на конкурентоспособный мировой уровень, для российского рынка потребуется введение гораздо большего объема мощностей.

Потенциал ветроэнергетического рынка в России огромен, так как страна обладает самыми большими в мире техническим и экономическим потенциалом энергии ветра – 16500 ТВт*ч/год.

Основываясь на национальной стратегии развития ВИЭ в России, необходимо ответить на вопрос: каков реалистичный сценарий развития ВИЭ для России? В среднесрочной перспективе, по оценке проекта IRENA REmap, в суммарная мощность ВЭС на ОРЭМ в России может достичь 23,3 ГВт к 2030 году. Этого было бы достаточно, чтобы охватить около 10% энергоснабжения России и создать около 50 тыс. рабочих мест (по оценке WWEA) в ветровом секторе. Такая цель, безусловно, оптимистична и достаточно амбициозна, однако, необходимо учитывать тот факт, что Китай ежегодно устанавливает в среднем более чем 20 ГВт новых ветроэнергетических мощностей (в 2015 г. было установлено 33 ГВт). В то же время на других крупных ветровых рынках, таких как Германия, Индия или США, ежегодный прирост мощностей составляет от 2 до 6 ГВт.

Для российского ветроэнергетического сектора существует несколько возможностей для того, чтобы приобрести необходимый опыт и технологии:

Иностранные компании могут быть приглашены инвестировать в страну, импортировать знания и строить свои производственные центры в России. Этот подход может стать самым быстрым способом внедрения в России современных технологий.

Российские компании могут начать сотрудничество с иностранными компаниями – путем приобретения лицензий или путем партнерства и создания совместных предприятий. Это позволит российским компаниям быстро приобретать необходимые ноу-хау и оставляет место для собственных технологий, основанных на международном сотрудничестве и обмене знаниями.

Российские компании могут разрабатывать свои собственные технологии на основе перспективных разработок в научных центрах и университетах. Такой подход может занять больше времени, но позволит предоставить полную собственность на технологии отечественным компаниям без уплаты лицензионных платежей международным партнерам.

Все три направления имеют свои достоинства, и такие страны, как Китай успешно опробовали каждое из них. Важно понимать, что Правительству необходимо позволить частному сектору опробовать различные варианты и таким образом улучшить конкуренцию на рынке, чтобы в итоге получить наиболее успешный вариант.

Уже сегодня иностранные и российские компании могут идти любым из трех направлений, однако еще слишком рано судить, какое из них будет успешным.

Кроме того, было бы полезно создание доступной карты ветроэнергетических ресурсов России, подкрепленной кампанией измерений ветра на высоте 120 м по всей стране.

2. Изолированные регионы России

В настоящее время энергопотребление изолированных зон составляет 6 ГВт. В течение 15-20 лет большая часть данных территорий может быть замещена энергокомплексами на основе совместного использования возобновляемых и традиционных источников энергии. Таким образом, полное энергоснабжение в России в отдаленных районах может быть покрыто комбинацией всех возобновляемых технологий.

Учитывая богатые ветровые ресурсы, особенно в условиях Крайнего Севера, ветроэнергетика, безусловно, играют ключевую роль, хотя и во многих регионах может широко использоваться и солнечная энергия вместе с малыми ГЭС, биоэнергетическими или геотермальными установками. Такая замена позволит сэкономить десятки миллиардов рублей в год за счет экономии дизельного топлива. В зависимости от совершенствования нормативно-правовой базы, суммарная мощность ветровых турбин в отдельных регионах может достигать от 1 до 5 ГВт к 2030 году и даже 10 ГВт в долгосрочной перспективе.

Преодоление существующих барьеров, которые в настоящее время существуют на российском ветроэнергетическом рынке, позволит выполнить не только международные обязательства России в соответствии с Парижским соглашением, но и в конечном итоге создать в некоторых регионах систему энергоснабжения, полностью основанную на возобновляемых источниках энергии.

Если России удастся дать импульс ветроэнергетической промышленности в ближайшие несколько лет на основе имеющихся технических и производственных ресурсов, то ветроэнергетический рынок будет иметь светлое будущее и может дополнительно способствовать долгосрочному процветанию в стране, создавая сотни тысяч рабочих мест и обеспечивая себе прочные позиции на мировом энергетическом рынке.

3. Ветроэнергетика

Ветровая энергия - огромная энергия движущихся воздушных масс. Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Постоянно и повсюду на земле дуют ветры – от легкого ветерка, несущего желанную прохладу в летний зной, до могучих ураганов, приносящих неисчислимый урон и разрушения. Всегда неспокоен воздушный океан, на дне которого мы живем.

Но существуют также и недостатки данных установок. Вряд ли требуется говорить, что за ветер платить не нужно, однако машины, нужные для того, чтобы запрячь его в работу, обходятся слишком дорого. При использовании ветра возникает серьезная проблема: избыток энергии в ветреную погоду и недостаток ее в периоды безветрия. Но, несмотря на эти недостатки, ветроэнергетика все равно имеет место в будущем и перспективы развития. Некоторые из них: правительством Канады установлена - цель к 2020 году производить 20% электроэнергии из энергии ветра, Германия планирует к 2020 году производить 20% электроэнергии из энергии ветра. Международное Энергетическое Агентство International Energy Agency (IEA) прогнозирует, что к 2030 году спрос на ветрогенерацию составит 4 800 ГигаВатт.

Технически достижимые ресурсы ветровой энергии в России оцениваются в 16 млрд. МВт•ч. Мощностная линейка ветрогенераторов сегодня простирается от 100 Вт до 5000 КВт единичной установленной мощности.

В России в 1931 г. была построена самая крупная по тем временам ВЭС мощностью 100 кВт с диаметром крыльчатки 30 м.

На Земле имеются обширные районы, где постоянно дуют устойчивые ветры. Почти 40% территорий России удобно для установки ветровых преобразователей, общая мощность которых может достичь 100 млрд. кВт.

Эффективность использования энергии ветра в значительной степени зависит от конструкции ветрогенератора, а именно – крыльчатки.

Современный ветряк – сложное устройство. В нем запрограммирована работа в двух режимах – слабого и сильного ветра и остановка двигателя, если ветер станет очень сильным. Недостатком ветряных мельниц является шум, который производят лопасти пропеллера во время вращения. Если ветряк мощный, то шумовое загрязнение делает опасным длительное пребывание людей в зоне работы установки.

Теоретически достижимый КПД ветрогенератора равен примерно 60%, с учетом различных потерь и неравномерности воздушных потоков его величина колеблется в пределах 15 – 20%.

Экономически оправданными становятся ветрогенераторы с мощностью от 2 КВт. Более слабые могут лишь дополнять другие источники электроэнергии. Срок службы ветрогенераторов составляет 20-25 лет. Ветрогенераторы в среднем окупаются при наличии централизованного электричества при ветре.

В заключение хотелось бы сказать, что за всей сложностью процедур и механизмов функционирования рынков электроэнергии и мощности, за всей серьезностью интересов государственных монополий в сфере ТЭК необходимо помнить об интересах предпринимательского сообщества и инвесторов, которые готовы идти на разумный риск ради развития новых бизнесов и технологий, что и является источником человеческого прогресса.

Энергия - это движущая сила любого производства. Тот факт, что в распоряжении человека оказалось большое количество относительно дешевой энергии, в значительной степени способствовало индустриализации и развитию общества. Однако в настоящее время при огромной численности населения и производство, и потребление энергии становится потенциально опасным. Наряду с локальными экологическими последствиями, сопровождающимися загрязнением воздуха и воды, эрозией почвы, существует опасность изменения мирового климата в результате действия парникового эффекта. Человечество стоит перед дилеммой: с одной стороны, без энергии нельзя обеспечить благополучия людей, а с другой - сохранение существующих темпов ее производства и потребления может привести к разрушению окружающей среды, серьезному ущербу здоровья человека.

Список источников

Возобновляемая энергетика: вчера, сегодня, завтра/ П. П. Безруких // Электрические станции: Ежемесячный произв.-техн. журнал. - М.: Энергопрогресс, 2012. - N2.- С.35-47.

Ильин А.К.,Ковалев О.П. Нетрадиционная энергетика в Приморском крае: Ресурсы и технические возможности. – Владивосток: ДВО РАН, 2004. – 41 с.

Ильин А.К., Пермяков В.В., Нетрадиционные источники энергии для автономных потребителей. – Владивосток: Изд-во ВГУЭС, 2007. – 36 с.

Ковалев О.П., Волков А.В., Лощенков В.В. Использование солнечной энергии в Приморском крае // Вестник ДВО РАН. 2013. №5. – С. 92 – 98.

Энергетика, экология и альтернативные источники энергии / О. М. Лисов, В. Е. Степанов // Экология промышленного производства : Межотрасл. науч.-практ. журн. по отеч. и заруб. матер. - М.: ВИМИ, 2013. - N1.- С.47-55

Ветровая энергия: Учебное пособие для школ. Пер. с английского, перераб. и допол. Под редакцией А. Агеева – Волгоград: Книга, Международный Центр просвещен. “Вайленд – Волгоград ”, 2002.-58с.

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 2010 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 196,6 гигаватт . В том же году количество электрической энергии, произведённой всеми ветрогенераторами мира, составило 430 тераватт-часов (2,5 % всей произведённой человечеством электрической энергии). Некоторые страны особенно интенсивно развивают ветроэнергетику, в частности, на 2011 год в Дании с помощью ветрогенераторов производится 28 % всего электричества, в Португалии — 19 %, в Ирландии — 14 %, в Испании — 16 % 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. Для решения подобных проблем используется интеллектуальное управление распределением электроэнергии.

История использования энергии ветра

Ветряные мельницы использовались для размола зерна в Персии уже в 200-м году до н. э. Мельницы такого типа были распространены в исламском мире и в 13-м веке принесены в Европу крестоносцами.

Масса козловой мельницы была ограниченной в связи с тем, что её приходилось поворачивать вручную. Поэтому была ограниченной и её производительность. Усовершенствованные мельницы получили название шатровых .

В XVI веке в городах Европы начинают строить водонасосные станции с использованием гидродвигателя и ветряной мельницы.

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.

Современные методы генерации электроэнергии из энергии ветра

Мощность ветрогенератора зависит от площади, ометаемой лопастями генератора, и высоты над поверхностью. Например, турбины мощностью 3 МВт (V90) производства датской фирмы Vestas имеют общую высоту 115 метров, высоту башни 70 метров и диаметр лопастей 90 метров.

Воздушные потоки у поверхности земли/моря являются ламинарными — нижележащие слои тормозят расположенные выше. Этот эффект заметен до высоты 1 км, но резко снижается уже на высотах больше 100 метров. Высота расположения генератора выше этого пограничного слоя одновременно позволяет увеличить диаметр лопастей и освобождает площади на земле для другой деятельности. Современные генераторы (2010 год) уже вышли на этот рубеж, и их количество резко растёт в мире. Ветрогенератор начинает производить ток при ветре 3 м/с и отключается при ветре более 25 м/с. Максимальная мощность достигается при ветре 15 м/с. Отдаваемая мощность пропорциональна третьей степени скорости ветра: при увеличении ветра вдвое, от 5 м/с до 10 м/с, мощность увеличивается в восемь раз.

E-112 мощностью 4,5 МВт. До декабря 2004 года турбина оставалась крупнейшей в мире. В декабре 2004 года германская компания REpower Systems построила свой ветрогенератор мощностью 5,0 МВт. Диаметр ротора этой турбины 126 метров, масса гондолы — 200 тонн, высота башни — 120 м. В конце 2005 года Enercon увеличил мощность своего ветрогенератора до 6,0 МВт. Диаметр ротора составил 114 метров, высота башни 124 метра. Компания Clipper Windpower разрабатывает ветрогенератор мощностью 10,0 МВт для офшорного применения. В 2009 году турбины класса 1,5 — 2,5 МВт занимали 82 % в мировой ветроэнегетике.

Наибольшее распространение в мире получила конструкция ветрогенератора с тремя лопастями и горизонтальной осью вращения, хотя кое-где ещё встречаются и двухлопастные. Наиболее эффективной конструкцией для территорий с малой скоростью ветровых потоков признаны ветрогенераторы с вертикальной осью вращения, т. н. роторные, или карусельного типа. Сейчас все больше производителей переходят на производство таких установок, так как далеко не все потребители живут на побережьях, а скорость континентальных ветров обычно находится в диапазоне от 3 до 12 м/с. В таком ветрорежиме эффективность вертикальной установки намного выше. Стоит отметить, что у вертикальных ветрогенераторов есть ещё несколько существенных преимуществ: они практически бесшумны и не требуют совершенно никакого обслуживания, при сроке службы более 20 лет. Системы торможения, разработанные в последние годы, гарантируют стабильную работу даже при периодических шквальных порывах до 60 м/с.

Наиболее перспективными местами для производства энергии из ветра считаются прибрежные зоны. Но стоимость инвестиций по сравнению с сушей выше в 1,5 — 2 раза. В море, на расстоянии 10—12 км от берега (а иногда и дальше), строятся офшорные ветряные электростанции . Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров. Могут использоваться и другие типы подводных фундаментов, а также плавающие основания. 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.

5 июня 2009 года компании Siemens AG и норвежская Statoil объявили об установке первой в мире коммерческой плавающей ветроэнергетической турбины мощностью 2,3 МВт, производства Siemens Renewable Energy.

Статистика по использованию энергии ветра

В 2010 году суммарные мощности ветряной энергетики выросли во всём мире до 196,6 ГВт. Во всём мире в 2008 году в индустрии ветроэнергетики были заняты более 400 тысяч человек. В 2008 году мировой рынок оборудования для ветроэнергетики вырос до 36,5 миллиардов евро, или около 46,8 миллиардов американских долларов. В 2010 году в Европе было сконцентрировано 44% установленных ветроэлектростанций, в Азии - 31%, в Северной Америке - 22%.

В то же время, по данным European Wind Energy Association, суммарная вырабатываемая мощность ветряной энергии в России за 2010 год составила 9 МВт, что приблизительно соответствует показателям Вьетнама (31 МВт), Уругвая (30,5 МВт), Ямайки (29,7 МВт), Гваделупы (20,5 МВт), Колумбии (20 МВт), Гайаны (13,5 МВт) и Кубы (11,7 МВт).

В 2007 году ветряные электростанции Германии произвели 6,2 % от всей произведённой в Германии электроэнергии . В 2009 году 19,3 % электроэнергии в Дании вырабатывалось из энергии ветра. В 2009 году в Китае ветряные электростанции вырабатывали около 1,3 % суммарной выработки электроэнергии в стране. В КНР с 2006 года действует закон о возобновляемых источниках энергии. Предполагается, что к 2020 году мощности ветроэнергетики достигнут 80-100 ГВт.

Португалия и Испания в некоторые дни 2007 года из энергии ветра выработали около 20 % электроэнергии. 22 марта 2008 года в Испании из энергии ветра было выработано 40,8 % всей электроэнергии страны

Сущность науки ветроэнергетики, анализ ее основного предназначения. Основные преимущества и недостатки ветровой энергии. Ветроэнергетические установки (ветроустановки), основные условия при их проектировании. Процесс внедрения ветротехники в Беларуси.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	12.12.2012
Размер файла	21,3 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Министерство образования Республики Беларусь

Кафедра медицинской и биологической физики

студентка 14 группы 1 курса

1. Ветроэнергетика как наука

2. Ветроустановки и их устройство

3. Ветроэнергетика в Беларуси

Ограниченность мировых запасов топлива и энергии, неравномерность их распределения по планете, ухудшение экологической ситуации все острее ставят вопрос о всемирном использовании нетрадиционных экологически чистых энерготехнологий и использовании возобновляемых энергоресурсов.

Из таких энергоресурсов наиболее распространенным и доступным является ветер. Эксплуатация ветроустановок не требует топлива и воды, они могут быть полностью автоматизированы, отчуждаемая территория минимальна и по расчетам составляет 3 - 5 мІ/кВт установленной мощности. Эти установки практически полной заводской готовности, и для их монтажа требуется минимум времени (фундамент и подключение к сети). Вот почему ветроэнергетика бурно развивается.

1. Ветроэнергетика как наука

Ветроэнергетика, отрасль науки и техники, разрабатывающая теоретические основы, методы и средства использования энергии ветра для получения механической, электрической и тепловой энергии и определяющая области и масштабы целесообразного использования ветровой энергии в народном хозяйстве. Ветроэнергетика состоит из 2 основных частей: ветротехники, разрабатывающей теоретические основы и практические приёмы проектирования технических средств (агрегатов и установок), и ветроиспользования, включающего теоретические и практические вопросы оптимального использования энергии ветра, рациональной эксплуатации установок и их технико-экономических показателей, обобщение опыта применения установок в народном хозяйстве. Ветроэнергетика также опирается на результаты аэрологических исследований, на базе которых разрабатывается ветроэнергетический кадастр. По данным ветроэнергетического кадастра не только выявляют районы с благоприятным ветровым режимом, но и устанавливают виды работ, где применение ветровой энергии целесообразно и экономически выгодно по сравнению с другими энергоисточниками. Ветровую энергию, прежде всего, следует использовать в таких производственных процессах, которые допускают перерывы в подаче энергии, или в тех случаях, когда продукт переработки может быть заготовлен впрок (подъём воды, орошение, дренаж, помол зерна, кормоприготовление, зарядка электрохимических аккумуляторов и т.п.).

Ветровая энергия, наряду с солнечной и водной, принадлежит к числу постоянно возобновляемых и, в этом смысле, вечных источников энергии, обязанных своим происхождением деятельности Солнца. Вследствие неравномерного нагрева солнечными лучами земной поверхности и нижних слоев земной атмосферы, в приземном слое, а также на высотах от 7 до 12 км возникают перемещения больших масс воздуха, то есть рождается ветер. Он несёт колоссальное количество энергии: 96-1021 дж (26,6-1015 квт-ч), что составляет почти 2% энергии всей солнечной радиации, попадающей на Землю. Сила ветра, зависящая от его скорости, изменяется в очень широких пределах -- от лёгкого дуновения до урагана, скорость которого достигает 60--80 м/сек.

К достоинствам ветровой энергии, прежде всего, следует отнести доступность, повсеместное распространение и практически неисчерпаемость ресурсов. Источник энергии не нужно добывать и транспортировать к месту потребления: ветер сам поступаетк установленному на его пути ветродвигателю. Эта особенность ветра чрезвычайно важна для труднодоступных (арктических, степных, пустынных, горных и т.п.) районов, удалённых от источников централизованного энергоснабжения, и для относительно мелких (мощностью до 100 квт) потребителей энергии, рассредоточенных на обширных пространствах. Основное препятствие к использованию ветра как энергетического источника -- непостоянство его скорости, а следовательно, и энергии во времени. Ветер обладает не только многолетней и сезонной изменчивостью , но также изменяет свою активность в течение суток и за очень короткие промежутки времени (мгновенные пульсации скорости и порывы ветра). Потенциал ветровой энергии зависит от значений среднегодовой или среднепериодной скорости и повторяемости различных скоростей ветра. Его оценивают количеством энергии, которую с помощью ветродвигателя можно получить в данной местности. В зонах с умеренным ветровым режимом (среднегодовая скорость ветра 5 м/сек) на 1 кв. км можно получить годовую выработку электроэнергии около 3,6 Мдж (1 млн. квт-ч, или 1 Гвт-ч). Мощность ветрового потока пропорциональна кубу скорости ветра. Поэтому даже относительно небольшие его изменения приводят к значительным колебаниям мощности, развиваемой ветродвигателем, в диапазоне скоростей от минимальной рабочей, при которой ветродвигатель начинает вырабатывать полезную мощность, до расчётной, которой соответствует установленная мощность ветроэнергетической установки. Конструкции и способы регулирования частоты вращения и мощности ветродвигателей обеспечивают их надёжную работу при буревых скоростях ветра (40--50 м/сек) и ограничение развиваемой мощности таким образом, что максимальная мощность превышает установленную обычно не более чем на 15--20%. Чтобы уменьшить колебания мощности или избежать их, ветровую энергию в периоды, когда имеется избыточная мощность, аккумулируют и затем используют в периоды безветрия или недостаточных скоростей ветра. Специфичностью аккумулирования в значительной мере объясняются трудности утилизации ветровой энергии и причины ещё недостаточного её практического использования.

2. Ветроустановки и их устройство

Устройства, преобразующие энергию ветра в полезную механическую, электрическую или тепловую виды энергии, называются ветроэнергетическими установками (ВЭУ), или ветроустановками, и являются автономными.

Энергия ветра в механических установках, например на мельницах и в водяных насосах, используется уже несколько столетий. После резкого скачка цен на нефть в 1973 году интерес к таким установкам резко возрос. Большая часть существующих установок построена в конце 70-х - начале 80-х годов на современном техническом уровне при широком использовании последних достижений аэродинамики, механики, микроэлектроники для контроля и управления ими. Ветроустановки мощностью от нескольких киловатт до нескольких мегаватт производятся в Европе, США и других частях мира. Большая часть этих установок используется для производства электроэнергии, как в единой энергосистеме, так и в автономных режимах.

Одно из основных условий при проектировании ветроустановок - обеспечение их защиты от разрушений очень сильными случайными порывами ветра. В каждой местности в среднем раз в 50 лет бывают ветры со скоростью, в 5-10 раз превышающей среднюю, поэтому ветроустановки приходиться проектировать с большим запасом прочности. Максимальная проектная мощность ветроустановки определяется для некоторой стандартной скорости ветра, обычно принимаемой равной 12 м/с.

Скорость ветра увеличивается с высотой над поверхностью Земли. Ветроколесо должно устанавливаться, чтобы набегающий на него ветровой поток был сильным, однородным с минимальными изменениями скорости и направления. Наилучшим местом для размещения ветроустановки является гладкая, куполообразная, ничем не затененная возвышенность.

Ветроэнергетическая установка состоит из ветроколеса, генератора электрического тока, сооружения для установки на определенной высоте от земли ветряного колеса, системы управления параметрами генерируемой электроэнергии в зависимости от изменения силы ветра и скорости вращения колеса.

Ветроутановки классифицируются по двум основным признакам: геометрии ветроколеса и его положению относительно направления ветра. Если ось вращения ветроколеса параллельна воздушному потоку, то установка называется горизонтально-осевой, если перпендикулярно - вертикально-осевой.

Принцип действия ветроэнергетической установки состоит в следующем. Ветряное колесо, воспринимая на себя энергию ветра, вращается и посредством пары конических шестерен и с помощью длинного вертикального вала передаёт свою энергию на нижний горизонтальный трансмиссионный вал и далее посредством второй пары конических шестерен и ременной передачи - электрическому генератору или другому механизму.

Поскольку периоды безветрия неизбежны, то для исключения перебоев в электроснабжении ВЭУ должны иметь аккумуляторы электрической энергии или быть запараллелены, на случаи безветрия, с электроэнергетическими установками других типов.

Темпы увеличения суммарной мощности ВЭУ и ВЭС в мире имеют тенденцию к быстрому росту. Так, суммарная мощность всех ВЭС планеты в 2001 г. составила 24,35 ГВт, а к концу 2006 г. -- уже более 74 ГВт и продолжает иметь неуклонную тенденцию к увеличению. Европейская ассоциация ветроэнергетики (EWEA) пересмотрела планы роста установленных ветроэнергетических мощностей в Европе к 2010 г. от прежней цифры в 40 ГВт до 60 ГВт. На Европу приходится около 70% мировых ветровых мощностей, наибольшая часть которых расположена в Германии, Испании и Дании. В странах Европы в зависимости от ветровых потоков ветроэнергетические мощности имеют следующее базирование:

-- внутриконтинентальное (ВЭС и единичные ВЭУ размещаются внутри континента);

-- прибрежное (ВЭС размещаются вблизи или вдоль морского берега);

-- морское (ВЭС размещаются в открытом море неподалеку от побережья).

Поскольку характеристики ветра внутри континента отличаются от характеристик ветра прибрежных зон и вблизи побережья, характеристики соответствующих ВЭУ (начальная скорость вращения, скорость достижения номинальной мощности и др.) также разнятся. Так, хорошо зарекомендовавшие себя в эксплуатации ВЭУ внутриконтинентального базирования ряда немецких фирм начинают работу со скоростей ветра 3,0-4,0 м/с и достигают номинальной мощности при скоростях 10-13 м/с. Следовательно, освоение ветроэнергетики в Беларуси необходимо вести, ориентируясь на ВЭУ зарубежного производства внутриконтинентального базирования. Карта зонального распределения среднегодовых фоновых скоростей ветра в Беларуси приведена на рисунке.

ветроэнергетика энергия беларусь

3. Ветроэнергетика в Беларуси

Для ветроэнергетики Беларуси энергетический ресурс ветра практически неограничен. В стране имеется развитая централизованная электросеть и большое количество свободных площадей, не занятых субъектами хозяйственной деятельности. Поэтому размещение ветроэнергетических установок (ВЭУ) и ветроэлектрических станций (ВЭС) обусловливается только грамотным размещением ветроэнергетической техники на пригодных для этого площадях.

Возможности приобретения зарубежной ветротехники весьма ограничены вследствие отсутствия достаточного выбора именно того оборудования для ВЭУ и ВЭС, которое соответствует климатическим условиям Беларуси, а также мощного противодействия ответственных административных работников от официальной энергетики.

Отсутствие инфраструктуры по проектированию, внедрению и эксплуатации ветротехники и, соответственно, практического опыта и квалифицированных кадров можно преодолеть только в ходе активного сотрудничества с представителями развитой ветроэнергетической инфраструктуры зарубежья.

Гарантированная выработка утилизируемой энергии ветра с 7% территории Беларуси составит 14,65 млрд кВт/ч. Использование же зон с повышенной активностью ветра гарантирует выработку энергии ВЭУ до 6,5-7,5 млрд кВт/ч с окупаемостью затрат в течение 5-7 лет. Абстрактные сведения о территориальном распределении ветроэнергоресурсов, способствующие планированию развития ветроэнергетики в Беларуси, дополнены разработкой комплекта карт и паспортизацией возвышений.

Эти карты, являясь основной частью Ветроэнергетического атласа Беларуси, в достаточной мере обосновывают по региональным признакам возможности практической реализации возведения ВЭУ и ВЭС на территориях страны в целом и каждой области.

Для первоначального этапа развития ветроэнергетики Беларуси определены 1840 площадок для строительства как одиночных ВЭУ, так и ВЭС с потенциалом более 200 млрд кВт/ч. Выявленные на территории Беларуси площадки под ветроэнергетику -- это, в основном, гряды холмов высотой от 20 до 80 м с фоновой скоростью ветра 5 м/с и более, на которых можно возвести от 5 до 20 ВЭУ. Каждому внедрению должно предшествовать детальное обследование места строительства ВЭУ. Невыполнение условий по результатам обследований приведет к значительным ошибкам в оценке выработки энергии. При выборе конкретных образцов ВЭУ необходимо дополнительно учитывать ряд факторов, связанных с величиной фактического ветроэнергетического ресурса в месте непосредственного размещения ВЭУ. К таким факторам относятся: абсолютная высота местности, высота возвышения площадок и их открытость, отдаленность предполагаемого места размещения ВЭУ от потребителя и особенно от линий электропередачи, в т.ч. от трансформаторных подстанций и т.п. Выборочные обследования зон опытной эксплуатации ветротехнического оборудования на территории Беларуси показали, что при оптимальном выборе строительной площадки для возведения ВЭУ (на возвышениях и открытой местности, на берегах водных массивов и т.п.) окупаемость ВЭУ при среднегодовой скорости ветра 6-8 м/с укладывается в срок около 5 лет. Наиболее эффективно обеспечивается использование современной зарубежной ветротехники на территориях зон со среднегодовыми фоновыми скоростями не ниже 4,5 м/с на холмистом рельефе. К таким регионам относятся: возвышенные районы большей части севера и северо-запада Беларуси, центральная зона Минской области включая прилегающие с запада районы, Витебская возвышенность. Местами на обследуемых территориях возможно обнаружение не выявленной ранее энергоэффективной холмистости, а также других энергоэффективных площадок для строительства не только мощных ВЭУ, но и ВЭС (например, в продуваемых долинах большой протяженности, вблизи крупных водных массивов, на высоких откосах и т.п.).

Исходя из ветроэнергетического потенциала только в Минской области насчитывается 1076 строительных площадок под размещение на каждой от 3 до 10 ВЭУ континентального базирования мощностью до 1000 кВт. Среднегодовая выработка только 10% этих ВЭУ в статистическом распределении времени работы в номинальном режиме от 2500 до 3300 часов в год на срок эксплуатации установок составляет около 2676 млн кВт/ч. Соответственно среднегодовая экономия жидкого топлива составит более 800 тыс. тонн. Сроки окупаемости капитальных вложений в ветротехнику сопоставимы со сроками окупаемости малых гидроэлектростанций, парогазовых и газо-мазутных электростанций и значительно ниже данных сроков для угольных, атомных и дизельных электростанций. По завершении срока окупаемости затраты на эксплуатацию ВЭУ неизмеримо ниже аналогичных затрат для электростанций, работающих на жидком, газообразном, твердом и ядерном топливе, т.к. не нуждаются в поставках ископаемых источников энергии. Следует учитывать, что ветроэнергетическая отрасль за счет каждой ВЭУ начинает вырабатывать энергию немедленно после монтажа и при этом не требует гигантских единовременных капитальных вложений, также как и концентрированных вложений при заменах по завершении сроков эксплуатации каждой отдельной ВЭУ. Основными препятствиями к развитию ветроэнергетики в Беларуси как путем внедрения зарубежной ветротехники континентального базирования, так и посредством организации производства собственных ВЭУ остаются проблемы финансирования работ по созданию ВЭУ и ВЭС, тарифной и налоговой политики, отсутствия льгот при закупке и эксплуатации ветроэнергетического оборудования, стандартизации и сертификации продукции.

Беларусь не располагает собственными топливно-энергетическими ресурсами (ТЭР). Лишь 15% собственных ТЭР покрывают потребности страны, остальные 85% импортируются -- в основном из России. В последние годы наблюдается постоянный рост цен на топливо и импортируемую электроэнергию. Этот рост будет иметь место и далее до достижения мировых цен. В связи с этим для Беларуси чрезвычайно важно включать в топливно-энергетический баланс вторичные энергоресурсы и возобновляемые источники энергии, одним из которых является ветер.

Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании энергии ветра — кинетической энергии воздушных масс в атмосфере. Энергия ветра — это преобразованная энергия солнечного излучения, и пока светит солнце, будут дуть и ветры. Таким образом, ветер — это тоже возобновляемый источник энергии. Следует заметить также, что потенциал энергии ветра огромен. Если, например, солнце по-разному обогревает разные участки земной поверхности — горы и долины, океаны и сушу, то ветры дуют постоянно и повсюду: начиная лёгким ветерком и заканчивая сильнейшими ураганами, как летом, так и зимой. Поэтому и понятно желание человека заставить энергию ветра работать на себя.

История ветроэнергетики

Люди используют энергию ветра с незапамятных времен — достаточно вспомнить парусный флот, который был уже у древних финикян и живших одновременно с ними других народов, и ветряные мельницы.

Вот что писал Карл Маркс о использовании мельниц в Европе до середины XVI в.:

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. 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.

Первая ветровая электростанция на территории бывшего СССР мощностью 8 кВт была сооружена в 1929-1930 гг. под Курском по проекту инженеров А.Г.Уфимцева и В.П.Ветчинкина. Через год в Крыму была построена более крупная ВЭС мощностью 100 кВт, которая была по тем временам самой крупной ВЭС в мире. Она успешно проработала до 1942 г., но во время войны была разрушена.

Современные ветровые электростанции

Активное использование экологически чистых источников энергии сейчас своего рода признак хорошего тона, всячески приветствуется как мировой общественностью, так и правительствами развитых стран. Признанным лидером в области ветроэнергетике являются США и ФРГ, где установленная мощность ветроэнергетических установок составила в 1997 году 1590 и 1550 Мвт. Последующие места занимают Дания, Индия и Нидерланды. В этих странах мощности ветроэнергетических станций равнялась 825, 820 и 285 Мвт.

Ветроэнергетическое машиностроение обособилось в отдельную отрасль. На мировом рынке действуют десятки достаточно крупных фирм. Имеются тенденции к увеличению производства ветроэнергии во многих странах мира, например в Дании, в настоящее время ветроэнергетические станции обеспечивают 4% потребляемой в стране энергии, то в 2030 на их долю придется половина всей производимой в стране электроэнергии.

Ветроэнергетическая установка предназначена для того, чтобы превращать кинетическую энергию ветра в энергию вращения ротора генератора, который, и вырабатывает электроэнергию. Легко показать, что выходная мощность установки пропорциональна площади лопастей ветрового ротора и скорости ветра. Поэтому ветроэнергетические установки большой мощности, в мегаваттном диапазоне, должны быть по своим габаритам очень крупными, поскольку скорость ветра в среднем не бывает очень большой.

Удивительно разнообразны конструкции современных ветроустановок. Питер Макгрэв из Англии разработал проект ветроэнергетической установки мощностью 3 тысячи киловатт с двумя лопастями, укрепленными на горизонтальной оси. Известная авиастроительная фирма "Макдоннел – Дуглас" спроектировала установку такого же типа, но с тремя лопастями. А западногерманская фирма "Мессершмит – Бёльков – Блом" разработала конструкцию ветроколеса с одной лопастью длинной 74 метра, установленной на башне высотой 120 метров. Мощность этого гиганта должна составить 5 тысяч киловатт. Встречаются и конструкции , где ветер должен вращать устройство, напоминающее огромное велосипедное колесо, на котором вместо спиц укреплены лопасти.

Для эффективной работы ветроустановок необходимы определенные требования по их размещению. Так, для относительно постоянной работы ветроэнергетических установок требуется их размещение в местностях, где ветровой потенциал составляет 2500 часов в год. Ветровые условия района применительно к ветроиспользованию характеризуются ветроэнергетическим потенциалом, который включает в себя различные показателя ветра, определяемые по результатам многолетних наблюдений: среднегодовые и среднемесячные скорости ветра; повторяемость скорости и направление ветра в течение года, месяца, суток; данные о порывистости, затишьях и максимальных значениях скорости ветра; изменения его с высотой и т. п.

Достоверность оценки ветрового потенциала местности – наиболее важный фактор, определяющий эффективность ветроэнергетических станций. В общем случае для его определения необходимо проведение непрерывных наблюдений в месте предполагаемого строительства ветроэнергетических станций продолжительностью не менее года. При проектировании большого количества ветроэнергетических станций эта задача требует огромных трудозатрат, поскольку для каждой ветростанции рассматривается несколько вариантов площадок.

Современные ветроэнергетические установки используют ветер приземного слоя на высоте 50-70 м, реже до 100 м от поверхности Земли, причем для мест строительства крупных ветроэнергетических станций, предназначенных для работы в мощных энергосистемах, среднегодовая скорость ветра на флюгера (10м) должна составлять не менее 6 м(с. Следует учитывать, что наилучшим местом для размещения ветроустановки является гладкая, куполообразная, ничем не затененная возвышенность. Вообще желательно, чтобы установка в радиусе нескольких сотен метров была окружена полями или водной поверхностью и ветроколесо было установлено достаточно высоко над местными препятствиями, чтобы набегающий на него ветропоток был сильным, однородным с минимальными флуктуациями скорости и направления.

Энтузиасты ветроэнергетики предлагают построить в наиболее ветреных местах Земли группы ветроагрегатов, соединять их между собой, а затем полученную энергию передавать в энергетическую систему. Датские специалисты предлагают разместить ветровые электростанции в море, где сила ветра всегда больше, чем на суше. Они подсчитали, что группа из двухсот морских ветроагрегатов может выработать за год столько энергии, сколько ее содержится в полумиллионе тонн угля.

Далее стоит вопрос выбора расчетных параметров ветроэнергетических установок для заданного (определенного расчетным путем или экспериментально) ветрового потенциала, т. е. выбора экономически оптимального размера ветроэнергетической установки. Так, например, в Калифорнии на ветроэнергетической станции "Алтамон" несоответствие выбранного типоразмера ветроэнергетической установки и действительного ветрового потенциала привело к тому, что установка вырабатывает 50-60% расчетного количества энергии. Затем следует обосновать оптимальные сроки службы и оптимальные показатели надежности ветроэнергетической установки, решить вопросы резервирования, изучить характеристики потребителей, рассмотреть область целесообразного использования ветроэнергетических установок в зависимости от конкретных условий.

Ветроустановки классифицируются по следующим признакам:

- положению ветроколеса относительно направления ветра;

- по мощности ветроустановки.

В настоящее время технические средства включают два основных типа промышленных ветроустановок: горизонтальные – с горизонтально осевой турбиной (ветроколесом), когда ось вращения ветроколеса параллельна воздушному потоку; вертикальные – с вертикально осевой турбиной (ротором), когда ось вращения перпендикулярна воздушному потоку.

Читайте также: