Ветроэнергетика в россии реферат

Обновлено: 12.05.2024

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. В принципе, преобразовать энергию ветра в электрический ток, казалось бы, нетрудно — для этого достаточно заменить мельничный жернов электрогенератором. Ветры дуют везде, они могут дуть и летом, и зимой, и днем, и ночью — в этом их существенное преимущество перед самим солнечным излучением. Поэтому вполне понятны многочисленные попытки "запрячь ветер в упряжку" и заставить его вырабатывать электрический ток.

Содержание

2. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ГЕНЕРАЦИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ИЗ ЭНЕРГИИ ВЕТРА………………………………………………….

Работа состоит из 1 файл

Ветроэнергетика.docx

Министерство образования и науки Российской Федерации

Обнинский институт атомной энергетики (ИАТЭ)

Национального исследовательского ядерного университета

Студент 2 курса

Д.ф.-м. наук, профессор

1. ИСТОРИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ВЕТРА………………………………………………………………… ……..

2. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ГЕНЕРАЦИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ИЗ ЭНЕРГИИ ВЕТРА…………………………………………………. .

3. ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА В РОССИИ…………………………………….

Энергия ветра — это преобразованная энергия солнечного излучения, и пока светит Солнце, будут дуть и ветры. Таким образом, ветер — это тоже возобновляемый источник энергии.

Острую нехватку энергии испытывают фермеры, садоводы, вахтовики, геологи, животноводы. Да и в относительно благополучных с точки зрения энергоснабжения районах все обстоит далеко не лучшим образом. Отключения электричества из-за природных катаклизмов, кризиса неплатежей и просто краж проводов становятся - увы - привычным явлением. Если к тому же вспомнить о том, что, по данным МЧС, 80% высоковольтных линий электропередачи в стране предельно изношены, ситуация представится совсем невеселой. А мы уже давно привыкли жить в освещенных домах, смотреть телевизор, пользоваться холодильником, компьютером и прочими бытовыми приборами, поэтому даже кратковременное отключение электроэнергии воспринимаем как маленькую, но все же самую настоящую катастрофу.

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. [9] .

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 завис ит от площади, ометаемой лопастями генератора, и высоты над поверхностью. Например, турбины мощностью 3 МВт (V90) производства датской фирмы Ves tas 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.

Определение барьеров, сдерживающих развитие ветроэнергетики в Российской Федерации. Рассмотрение роли государства в формировании механизмов поддержки развития возобновляемой энергетики. Оценка экономической эффективности строительства ветропарка.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	статья
Язык	русский
Дата добавления	20.07.2018
Размер файла	24,5 K

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

ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА В РОССИИ: ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ

Отрощенко А.А.

Доля электроэнергии, вырабатываемой в России с использованием ВИЭ, составляет 1%. На пути развития ветроэнергетики страны существует целый ряд барьеров. Для того, чтобы все участники энергорынка были заинтересованы в новых прогрессивных технологиях необходимо доказать их эффективность. В этой ситуации особая роль в формировании механизмов поддержки развития возобновляемой энергетики принадлежит государству.

The share of electricity, generated in Russia with the use of renewable energy, is 1%. There are a number of barriers оn the path of wind power development of the country. To do the energy market more attractive for all participants it is necessary to prove the effectiveness of new technologies. In this situation a special role in the formation of the mechanisms of support of renewable energy development belongs to the government.

Россия - это страна с огромной территорией и разными климатическими зонами. Около 70% территории России не имеет централизованного электроснабжения Развитие ВИЭ в Российской Федерации, несомненно, будет способствовать решению проблемы энергетической безопасности страны, социальных проблем, развитию бизнеса, повышению качества жизни населения. Однако доля электроэнергии, вырабатываемой в России с использованием возобновляемых источников, составляет около 1%. Развитие зеленой энергетики руками частных инвесторов будет идти малыми темпами до тех пор, пока государство не вмешается в этот процесс. Для того, чтобы все участники энергорынка были заинтересованы в новых прогрессивных технологиях необходимо доказать их эффективность, переводя экологические, технологические, социальные и другие преимущества в видимый экономический эффект.

Ни один возобновляемый источник энергии не является универсальным для использования в любой ситуации. Этот фактор всегда определяется природными условиями и потребностями конкретного района в различных видах энергии. Валовый потенциал ветроэнергетики распределен по территории России неравномерно. Атлас ветров России указывает, что существует множество районов, где среднегодовая скорость ветра превышает 6,0 метров в секунду. Оценка валового потенциала, проведенная в конце 2010 года, показывает, что большая часть ресурсов сосредоточена в Дальневосточном регионе, так же большим потенциалом ветровой энергетики обладают Уральский и Сибирский регионы. Однако необходимо отметить, что по сравнению с валовым потенциалом, экономический потенциал ресурсов ветроэнергетики очень мал.

В России существуют четыре барьера развития возобновляемой энергетики:

? Зависимость страны от продажи органического топлива

? Миф о дороговизне оборудования ВИЭ

? Предрассудок о малых мощностях

? Отсутствие поддержки отечественных разработок

? Неразвитая инфраструктура по установке и сервисному обслуживанию оборудования

? Неизвестные точные сроки эксплуатации того или иного вида оборудования

? Недостаток квалифицированных кадров

? Неразвитое техническое сотрудничество с другими странами

? Отсутствие государственной поддержки

? Отсутствие крупных производителей оборудования

? Отсутствие федеральных планов по вводу мощностей на базе ВИЭ

? Отсутствие закона о возобновляемой энергетике.

? Отсутствие органа или отдела, несущего ответственность за развитие данной отрасли энергетики

? Отсутствие законодательных актов субъектов РФ

Важность развития возобновляемой энергетики, и в частности ветроэнергетики, определяется тем, что около 22-25 млн. российских граждан проживают в районах автономного или ненадежного централизованного энергоснабжения Перспективы возобновляемой энергетики , которые практически совпадают с зоной потенциальных ветроресурсов (Камчатка, Магаданская область, Чукотка, Сахалин, Якутия, Бурятия, Таймыр и др.). Развитие возобновляемой энергетики в децентрализованных зонах России позволит оптимизировать энергетическую структуру этих территории и создать условия для повышения эффективности экономики в целом.

Одной из таких зон является Ненецкий автономный округ

Ненецкий автономный округ расположен на севере Восточно-Европейской равнины, почти полностью за Полярным кругом. Большая часть округа обеспечивается электроэнергией децентрализовано с помощью дизель-генераторных установок (ДГУ), износ которых составляет порядка 60%. В более чем половине из 39 поселков округа процент износа электрических сетей составляет от 60 до 100%, потери в сетях составляют от 6% до 40%. Главная проблема энергобезопасности региона - дорогостоящий северный завоз топлива, который осуществляется морским и речным транспортом лишь в период навигации.

Наибольшие затраты на приобретение и доставку топлива на 1 человека в год имеет поселок Амдерма - 124 809 руб. в год. Перспективы развития территории говорят о необходимости развития генерирующих мощностей, однако существующие проблемы не позволят это сделать с помощью используемого оборудования. Для обеспечения улучшения социальных условий, в рамках программ развития округа, необходимо предусмотреть вариант энергоснабжения с использованием возобновляемых источников энергии.

Требуемое число машин

Стоимость машины в полной комплектации, руб.

Суммарная стоимость необходимых генераторов, руб.

Стоимость доставки и монтажа, руб.

Топливные затраты в месяц, руб.

Эксплуатационные расходы в месяц, руб.

Ориентировочные расходы в первый год, руб.

Ориентировочные расходы за 20 лет (в постоянных ценах), руб.

Суммарные затраты проекта

Итого суммарные инвестиционные затраты на строительство ветропарка составляют 35 316 643 руб., что на порядок больше, чем покупка ДГУ или ГПУ. Приведенные выше данные показывают, что при длительной эксплуатации установок, возрастают затраты проектов с использованием топлива. В итоге ориентировочные суммарные затраты на установку и использование ДГУ составили 147 993 640, что в 2,3 раза выше, чем у проекта строительства ГПУ и в 4,2 раза выше стоимости строительства ветропарка. Таким образом, строительство ВЭУ, имея на начальном этапе большие инвестиционные затраты, в итоге оказалось более эффективным, чем остальные рассматриваемые проекты.

Для оценки экономической эффективности строительства ветропарка проведено моделирование реализации проекта с помощью программного продукта Альт-Инвест.

ветроэнергетика ветропарк возобновляемый энергетика

Характеристика

Ед. измерения

Простой срок окупаемости

Чистая приведенная стоимость (NPV)

Дисконтированный срок окупаемости (PBP)

Внутренняя норма рентабельности (IRR)

По результатам анализа инвестиционного проекта строительства ветропарка в поселке Амдерма можно заключить, что проект является эффективным, представленные показатели имеют положительные значения. После того, как денежные притоки окупят первоначальные инвестиционные затраты и периодические денежные оттоки, связанные с осуществлением проекта, инвестор может получить прибыль в размере 14 547 тыс. руб. Это подтверждает тот факт, что строительство ветропарка не только является безубыточным проектом, но и может принести инвестору определенный доход.

Согласно проведенному факторному анализу нулевой NPV проекта достигается при стоимости электроэнергии, установленной на отметке 2,9 руб/кВтч. Исходя из параметра тарифообразования данного поселка возникает вопрос об оценке эффективности проекта с точки зрения двух вариантов инвестирования - частного или государственного. Учитывая, что порядка 80% затрат на обеспечение поселка топлива покрывается за счет муниципального бюджета можно рассчитать, что ориентировочная годовая экономия муниципалитета составит около 55 515 тыс. руб. в год. Следовательно, за 20 лет реализации проекта дополнительный денежный поток может составить 971 513 тыс. руб., что делает проект еще более привлекательным. После включения этого денежного потока с учетом дисконтирования чистая приведенная стоимость проекта составит 539 230 тыс. руб., проект окупится уже в первый год. Данный факт говорит о том, что строительство ветропарка, инвестируемое государством, будет наиболее оптимальным вариантом развития энергетики поселка.

Подобное строительство может быть включено в программу развития народов Севера и стать одним из ключевых факторов успеха развития экономики округа. Малые мощности генераторов позволят постепенно увеличивать нагрузку в сети, равномерно распределяя необходимые затраты во времени без переплаты за частично неиспользуемые мощности.

В случае частного инвестирования для улучшения показателей эффективности проекта возможно применение мер государственного стимулирования, основанных на опыте зарубежных стран. Ими могут стать:

2. Льготное налогообложение.

3. Инвестиционный налоговый кредит - форма изменения срока исполнения налогового обязательства, при которой налогоплательщику предоставляется возможность уменьшить платежи по налогу на прибыль организации с последующей уплатой суммы кредита и процентов.

4. Зеленый тариф, в основе которого лежат гарантия подключения к сети; долгосрочный контракт на покупку всей произведенной возобновляемой электроэнергии; надбавка к стоимости произведенной электроэнергии.

5. Квотирование производства и (или) потребления энергии на основе ВИЭ.

6. Система чистого измерения для систем ВИЭ, работающих в общей сети, осуществляя измерение в прямом и обратном направлении.

1. Васильев Ю.С. Оценки ресурсов возобновляемых источников энергии в России: Учебно-справочное пособие / Ю.С. Васильев, П.П. Безруких, В.В. Елистратов, Г.И. Сидоренко. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008. 251с.

2. Ветроэнергетика мира. Отчет за 2010 год. / Всемирная ветроэнергетическая ассоциация. Бонн, 2010. 25 с.

3. Возобновляемая энергетика России. От возможности к реальности / Международное энергетическое агентство. Франция, 2004. 120 с.

Подобные документы

Динамика развития возобновляемых источников энергии в мире и России. Ветроэнергетика как отрасль энергетики. Устройство ветрогенератора - установки для преобразования кинетической энергии ветрового потока. Перспективы развития ветроэнергетики в России.

реферат [3,4 M], добавлен 04.06.2015

Особенности развития нетрадиционной электроэнергетики. Технический потенциал ветроэнергетики, волновых энергетических установок, солнечной и геотермальной энергетики, производства биодизеля из рапса, малой гидроэнергетики, морских электростанций России.

реферат [86,4 K], добавлен 28.04.2013

Классификация возобновляемых источников энергии. Современное состояние и перспективы дальнейшего развития гидро-, гелео- и ветроэнергетики, использование энергии биомассы. Солнечная энергетика в мире и в России. Развитие биоэнергетики в мире и в РФ.

курсовая работа [317,6 K], добавлен 19.03.2013

История развития ветроэнергетики. Ветер как источник энергии. Типы ветроустановок. Физико-географические условия для строительства ветроэлектростанций. Основные этапы составления экскурсионного маршрута "Зелёная энергия на Щелкино". Программа экскурсии.

дипломная работа [3,0 M], добавлен 19.04.2012

История использования энергии ветра; современные методы генерации электроэнергии. Малая ветроэнергетика в России: экономические и экологические аспекты. Ветряные электростанции Германии; поставщики ветрогенераторов. Потенциал ветроэнергетики Китая.

Введение в инженерную деятельность

1. История использования ветровой энергии 5

2. Современные методы преобразования энергии ветра в электроэнергию 7

3. Ветроэнергетика в России и в мире 11

4 Перспективы, достоинства и недостатки ветроэнергетики 13

Список используемых источников 17

Современное развивающееся общество требует всё больше и больше электроэнергии, так как она определяет темпы роста уровня жизни. В этой связи перед энергетиками постоянно существуют две глобальные задачи: обеспечение роста выработки электроэнергии при одновременном поиске способов её экономии в части потребления.

Наряду с использованием традиционных видов электроэнергетики таких как гидроэнергетика, теплоэнергетика, энергия атома, всё чаще стали говорить об альтернативных источниках производства электроэнергии. Таких как энергия солнца, энергия ветра, энергия приливов и отливов, энергия морской волны. Само собой, что в случае, когда для достижения значительной мощности выработки электроэнергии не существует пока технологий для создания достаточно мощных солнечных панелей или приливных гидрогенераторов, то и говорить о соперничестве с теплоэнергетикой или традиционной гидроэнергетикой эти, сравнительно молодые, направления энергетики на данный момент не могут. Однако, с ветроэнергетикой ситуация несколько иная.

Одним из способов выработки электроэнергии является преобразование кинетической энергии воздуха (ветра) в электрическую, механическую и другие виды энергии. Механическая энергия используется в ветряных мельницах, парусах кораблей и т.п.

Электрическая же энергия, получаемая ветрогенераторами является универсальным типом энергоносителя и в связи с уже значительной распространённостью технологий, используется практически во всех аспектах жизнедеятельности человека.

Ветроэнергетика является одной из старейших видов мировой энергетики. Исторически, разве что теплоэнергетику можно считать более древней, так как энергию костра согревающего первобытных людей, человечество научилось использовать раньше, чем энергию ветра в парусах кораблей и лопастях ветряных мельниц.

Энергия ветра относится к возобновляемым видам энергии, так как связана и в настоящий момент ветроэнергетика переживает стадию бурного развития в связи с ростом цен на традиционные энергоносители (нефть и газ), а, так же, в связи с увеличением электрической мощности серийно производимых ветрогенераторов и привлекательностью их с точки зрения окупаемости.

Данные обстоятельства демонстрируют постоянно повышающийся интерес к ветроэнергетике по всему миру и делают настоящую работу актуальной с точки зрения общих знаний о состоянии ветроэнергетики.

Рис.1. Примеры использования ветровой энергии: небольшая мельница со станиной, ветряные мельницы и современный ветрогенератор

1. История использования ветровой энергии

Далее, развитие мельниц получило в Европе, после того как из переносных и небольших они превратились в шатровые тем самым решив их проблему переворачивания при сильном ветре.

В XVI веке в Европе появляются первые водонасосные станции с использованием гидродвигателя и ветряной мельницы. Толедо, Лондон, Париж и другие купные центры развития цивилизации брали на вооружение тогда ещё новые технологии по перекачке воды. В Нидерландах ветряные мельницы откачивали воду с земель, ограждённых дамбами, ав засушливых районах – орошали земли способствую развитию земледелия. Отвоёванные у природы непригодные для земледелия площади начинали возделываться[7].

Эра использования ветра в создании электроэнергии началась в ХIХ веке в Дании. Там в 1890 году была построена первая в мире ветроэлектростанция , а в начале ХХ века насчитывалось уже 72 электростанции мощностью от 5 до 25 кВт. Крупнейшие станции к тому времени имели высоту более 20 метров и роторы с четырьмя лопастями диаметр которых достигал 23 метра.

Прообраз современной ветроэлектростанции, какими мы их представляем сейчас, первым появился в Ялте в 1931 году и имел башню высотой 30 метров, установленную мощность 100 кВт. На момент начала Великой Отечественной Войны единичная мощность ветроэлектростанций достигла 1,25 МВт в мире. В период 1940-х по 1970-е годы развитие ветроэнергетики почти приостановилось в связи с бурным развитием распределительных электросетей и освоением энергии горных рек, нефти и газа.

Новой эрой развития ветроэнергетики стали 80-е годы ХХ века, когда в штате Калифорния были введены налоговые льготы для производителей электроэнергии из ветра.

2. Современные методы преобразования энергии ветра в электроэнергию

Рис.2. Ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения

Рис.3. Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения

Мощность генератора зависит от площади, ометаемой лопастями генератора и высоты над поверхностью земли. Например, турбины фирмы Vestas (Дания) при электрической мощности в 3 МВт имеют общую высоту 115 метров, высоту башни 70 метров при диаметре лопастей в 90 метров.

Современный ветрогенератор начинает производить электроэнергию при силе ветра от 3м/с и отключается в целях безопасности при силе ветра более 25 м/с. Оптимальной скоростью для работы ветрогенератора является ветер со скоростью около 15м/с. При этом мощность генератора максимальна.

Отдаваемая мощность пропорциональна третьей степени скорости ветра. Т.е. при увеличении скорости ветра в 2 раза (с 5 до 10 м/с), мощность увеличивается в 8 раз [4].

Наиболее эффективной конструкцией для территорий с малым ветровым потоком признана конструкция роторного ветрогенератора с вертикальной или горизонтальной осями вращения, так как скорость континентальных ветров обычно находится в диапазоне от 3 до 12 м/с. При таком ветрорежиме самой эффективной является вертикальная ветроустановка.

При этом, такой вид ветрогенератора имеет ещё несколько важных преимуществ: практически бесшумны, не требуют обслуживания при сроках эксплуатации до 20 лет. Пи современных разработках систем торможения, ветрогенератор гарантирует стабильную работу даже при периодических порывах ветра до 60 м/с[5].

С точки зрения выгодности установки ветрогенераторов, самыми перспективными зонами выработки электроэнергии из энергии ветра являются прибрежные зоны. Но при этом, стоимость сооружения в связи со сложностью прибрежного рельефа увеличивается в 1,5-2 раза по сравнению с установкой ра равнинной местности.

Как правило, генерирующие компании специализирующиеся на производстве использовании ветрогенераторов объединяют десятки мощных ветрогенераторов в так называемые ветропарки, получая в сумме выработку в сотни мегаватт, что при минимальных затратах на обслуживание уже может составить реальную конкуренцию электростанциям с классическими видами энергоносителей.

3. Ветроэнергетика в России и в мире

В настоящее время экономический потенциал применения ветроэнергетики эквивалентен примерно трети производимой электроэнергии всеми электростанциями нашей страны.

По данным Российской ассоциации ветроиндустрии, использование в нашей стране ветропарков эффективнее всего в районах Чёрного и Азовского морей, в акваториях рек Кама, Волга и Дон, и на северном побережье страны от Кольского полуострова до Камчатки. Из перечисленных регионов активней всего идёт использование ветроэнергии в настоящее время в южной части страны [1].

Ежегодно развитие ветроэнергетики заставляет производителей электроэнергии совершенствовать выпускаемые и разрабатывать новые типы гидрогенераторов. Конечно же одним из самых важных критериев при этом является установленная мощность ветрогенератора. От года к году этот показатель постоянно растёт.

К началу 2016 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 432 гигаватта и, таким образом, превзошла суммарную установленную мощность атомной энергетики (однако на практике использованная в среднем за год мощность ветрогенераторов в несколько раз ниже установленной мощности, в то время как АЭС почти всегда работает в режиме установленной мощности). В 2014 году количество электрической энергии, произведённой всеми ветрогенераторами мира, составило 706 тераватт-часов (3 % всей произведённой человечеством электрической энергии). Некоторые страны особенно интенсивно развивают ветроэнергетику, в частности, на 2015 год в Дании с помощью ветрогенераторов производится 42 % всего электричества; 2014 год в Португалии — 27 %; в Никарагуа — 21 %; в Испании — 20 %; Ирландии — 19 %; в Германии — 8 %; в ЕС в целом — 7,5 % [3] . В 2014 году 85 стран мира использовали ветроэнергетику на коммерческой основе. По итогам 2015 года в ветроэнергетике занято более 1 000 000 человек во всем мире [4] (в том числе 500 000 в Китае и 138 000 в Германии).

4. Перспективы, достоинства и недостатки ветроэнергетики

Запасы ветровой энергии превышают запасы энергии всех рек планеты более чем в 100 раз. Китай, Япония, Индия и Евросоюз одним из приоритетных направлений в ветроэнергетике считаю т энергию ветра и по установленным планам развития в этих странах к 2020-2030 годам планируется достигнуть показателей, при которых мощности ветровых парков и электростанций на традиционных энергоносителях станут соизмеримы и будут достигать 1,5-2,5 ГВт.

Как и любая промышленная технология, ветроэнергетика имеет свои достоинства и недостатки.

К достоинствам, прежде всего, относятся снижение выбросов углекислого газа в целом при выработки электроэнергии на планете так как ветрогенератор не сжигает органическое топливо. Так же не присутствует в технологическом цикле использование воды, что так же является положительным фактором. Третьим, но немаловажным положительным фактором является минимальное использование земли так как ветрогенератор практически не занимает места и при достаточных высотах установки позволяет использовать землю вокруг опорной башни под другие виды деятельности, например как сельхозугодия, пастбища и т.п.

Не обошлось тут и без недостатков.

Прежде всего, это климат. Ветрогенераторы при массовом их использовании изымают часть кинетической энергии движущихся воздушных масс тем самым несколько замедляя скорость ветра в определённой местности и теоретически влияя на влажность. Так же, есть опасность снижения ветров при продувании ими промышленных центров (повышается вероятность образования смога в промышленных районах или центрах густонаселённых городов с плотной застройкой и большим количеством автотранспорта). Пока в данной области только начинают разворачиваться исследования по влиянию ветрогенераторов и поэтому в настоящий момент нельзя дать точную оценку негативности влияния на климат.

Ещё одним негативным фактором при использовании энергии ветра является шум (от работы механических и электрических компонентов, который в современных моделях практически сведён на нет). Ветрогенераторы производят механический шум и аэродинамический (при взаимодействии лопастей ветроустановки с ветровым потоком. При этом при прохождении лопасти мимо несущей колонны, звук от неё отражаясь усиливается). В некоторых странах Европы (Дания, Германия, Англия и т.д.) приняты на законодательном уровне ограничения по шуму для ветровых установок различные для дневного и ночного времени. Так же, регламентируются минимальные расстояния установки ветрогенераторов от человеческого жилья и населённых пунктов. Теми же законами учтено влияние низкочастотных вибраций, имеющихся у мощных ветроустановок, которые передаются по земле на расстояниях до 100-150 метров [1].

Дополнительно, можно сказать об обледенении лопастей при высокой влажности и снижении температур окружающего воздуха. При пуске ветрогенератора под действием механических сил, осколки льда могут разлетаться на расстояния более 100 метров, хотя при наличии небольшого обледенения имелись случаи улучшения аэродинамических характеристик лопастей.

Так же, субъективным фактором воздействия ветрогенератора является визуальная составляющая. Для её снижения привлекаются ландшафтные архитекторы, хотя исследования на тему отрицательного визуального влияния пока проводятся в редких случаях и в виде социологических опросов.

Нельзя не упомянуть о негативном воздействии на фауну. Ежегодно отмечаются случаи гибели птиц при столкновении с лопастями ветрогенератора. В связи с постоянным ростом числа ветроустановок, статистика в цифрах весьма противоречива и поэтому здесь не приводится.

Сделаем только одно уточнение, что летучие мыши, живущие вблизи ветроустановки страдают больше чем птицы в силу отличий строения лёгких у одних и других при создании ветрогенераторами областей с пониженным давлением при интенсивном вращении.

И в заключении обзора недостатков, необходимо упомянуть проблему создания ветрогенераторами электропомех. Это вызвано наличием металлических деталей в лопастях ветроустановки и приводит к искажениям либо ослаблению радиосигналов. В отдельных случаях в качестве средства борьбы с данным эффектом устанавливались дополнительные ретрансляторов радиосигналов.

Ветроэнергетика, как отдельная отрасль уже сформировалась и доказала свою состоятельность в мировой энергетике иногда являясь безальтернативным вариантом для локального электроснабжения удалённых от стационарных электросетей потребителей.

Постепенное исчезновение ископаемых источников топлива, заставляет ученых придумывать другие способы получения энергии. Несмотря на то, что энергию ветра начали использовать более 5000 лет назад, популярность ветряные станции получили не там давно. Как человек сегодня использует ветер знают все – ветроэлектростанции, воздушные мельницы, полеты на дельтапланах и многое другое.

Ветряная энергетика — это развивающаяся отрасль, которая специализируется на изучении и использовании энергии ветра в повседневной жизни. Считается одной из самых перспективных отраслей альтернативного получения энергии.

С каждым годом строительство ветряных станций увеличивается, все больше стран инвестируют в разработку и исследование применения энергии ветра. Возможно, в ближайшем будущем, альтернативные экологичные источники полностью обеспечат людей энергией.

История использования энергии ветра

История использования энергии ветра человеком, уходит далеко в прошлое, когда люди не имели понятия про законы физики. В Древнем Египте использовали энергию ветра для помола муки в мельнице, в Китае откачивали воду с рисовых полей с помощью приспособлений с лопастями. Мореплаватели начали использовать парус, когда поняли, что с помощью ветра можно эффективнее управлять судном и добираться до нужного места быстрее.

Принцип работы ветровой электростанции

Ветряные электростанции представляют собой несколько ветряных установок, объединенных между собой в единую сеть. Крупные станции могут включать в себя более 100 ветрогенераторов. Такие места получили название “ветряные парки”. Ветрогенераторы — это экологический способ добывать энергию в течение неограниченного времени.

Эффективным местом для установки ветровых электростанций являются участки с постоянным потоком ветра — холмистая местность, горы, прибрежные участки морей и океанов. По расположению выделяют следующие виды:

наземные;
прибрежные;
плавающие;
офшорные.

По типу конструирования можно выделить:

Крыльчатые ветряные электростанция наиболее эффективные и получили широкое применение. Они способны вырабатывать достаточное количество энергии. На высокой мачте устанавливается чаще всего трехлопастной механизм, с горизонтальной осью вращения. Мощность вращения зависит от размера лопастей. Максимальная скорость вращения достигается в моменте, когда поток ветра идет перпендикулярно лопастям. Так как потоки ветра периодически меняют направление, то имеется автоматический блок управления

Роторные электростанции имеют вертикальную ось вращения. Плюсом данного вида является то, что они не издают шум, эффективность работы не зависит от направления потока ветра, поэтому станции не нужны дополнительные блоки управления. Но по сравнению с крыльчатыми электростанциями они менее эффективны.

Принцип работы любой ветряной электростанции одинаков. Поток ветра раскручивает ротор с лопастями, которые связаны с генератором. Чем больше размер лопастей, тем больший поток они захватывают и вращается с большей скоростью. Чем быстрее крутятся лопасти, тем больше энергии вырабатывается. Генератор преобразует движение в энергию и выводит на аккумуляторы. На выходе получается пригодная для использования энергия.

Глобальное распределение ветра

Чтобы правильно рассчитать место установки ветровой электростанции нужно учитывать много факторов. Регионам с высоким потенциалом считаются места, где средняя скорость ветра около 9 м/с. К таким местам относят Латинская Америка, Гренландия, западная и северная части Европы, Центральная часть Азии, Центральная часть Северной Америки.

Оценка ветровых ресурсов сложный процесс. Основные факторы, на которые обращают внимание:

какие ветра преобладают;
рельеф и высота местности;
наличие водоемов, растительности, различных построек.

Большая часть суши не приспособлена для расположения таких станций. Стартовая скорость для выработки электроэнергии — это 4 м/с. Оптимальная скорость — около 10 м/с.

Как море или океан влияют на количество добываемого тока из ветрогенератора

Для эффективной работы ветряка важна не только сила ветра, но и его постоянный поток. Все мы знаем, что ветер — это поток воздуха у поверхности земли. Образуются эти потоки, из-за движения воздуха из области более низкого давления в более высокое. Так как земля нагревается быстрее, чем поверхность воды, то нахождение ветряков вблизи морей и океанов создает подходящую ветрогенерацию — здесь всегда образуются потоки ветра. Кроме обычных, есть и штормовые ветра, которые достигают скорости от 20 м/с.

Проведенные исследования подтверждают, построив ветряные парки в морях и океанов, вырабатываемая ветряками энергия могла бы обеспечить все нужды человечества. Кроме того, скорость ветра в океане больше примерно на 70%, чем на суше. Несмотря на то, что идея интересная, реализация ее сложная и требует больших инвестиций.

Виды ветрогенераторов

Ветрогенераторы — устройства, которые преобразуют кинетическую энергию, созданную потоком ветра, в механическую, а далее в электрическую.

Все ветрогенераторы можно разделить на вертикальные и горизонтальные. Свое название они берут из-за расположения оси вращения:

Вертикальные или “карусельные” ветряки

Данный тип ветряка имеет механизм с вертикальной осью вращения. Представляет собой:

основной ротор, который воспринимает воздушный поток;
редуктор;
генератор;
аккумуляторная батарея;
инвертор.

Такие ветряки бесшумные и могут устанавливаться рядом с жилым домом, их работа не зависит от направления ветра — способны улавливать поток воздуха под любым углом, работа начинается с минимальных показателей силы потока ветра.

Горизонтальные

Ось ротора вращается параллельно земле. Ветрогенераторы такого типа имеют от одной лопасти. Их разделяют на однолопастные, двухлопастные, трехлопастные и многолопастные. Для работы горизонтальных ветрогенераторов необходимо правильное направление ветра, поэтому продумана автоматическая регулировка.

Преимущество таких установок — большая эффективность работы. По сравнению с вертикальными они легче и меньше по габаритам.

Как устроена ветровая электростанция

Современные ветряные станции имеют 3 лопасти, длина которых может достигать 55 метров.

Чтобы понять, как работает станция нужно знать как она устроена:

Ветрогенератор. Основная его задача преобразовывать энергию в электричество. Состоит из винта и генератора переменного тока.
Контроллер. Преобразует переменный ток в постоянный и регулирует обороты ветрогенератора.
Аккумуляторы накапливают энергию во время работы ветряка.
Инвертор, преобразует постоянный ток в бытовой, который поступает в дом для использования.

Особенности бытовых ветрогенераторов

Так как ветроэнергетика — это неисчерпаемый ресурс, то многие задумываются об установке ветряка у себя дома. Раньше ветровые генераторы использовались больше в промышленной сфере. Но с развитием этой технологии появились и бытовые модели.

Чаще всего их применяют в местах, где нет централизованной электросети. Современные установки на 3-5 генераторов, смогут полностью обеспечить дом энергией. Однако, перед тем как покупать ветряки, стоит изучить насколько эффективно они будут работать конкретной местности.

Обратите внимание! На рынке можно встретить ветродизельную электростанцию (ВДЭС), которая представляет собой комбинацию ветроэлектрических установок и дизельного генератора. ВДЭС кроме электроэнергии может производить и тепловую, что позволяет бесперебойно снабжать дом энергией.

Мощности промышленных станций

Ветроэнергетика как отрасль основывается на применении мощных производственных ветровых турбин, которые могут обеспечить энергией в больших масштабах. Все ветрогенераторы имеют схожую конструкцию:

опорная башня или мачта;
гандола
генератор турбины.

Размеры таких станций могут достигать в высоту до 190 метров в и весят до 6000 тонн. Одна из самых габаритных установок в мире — Enercon E-126, имеет размах лопасти 128 метров.

Расчет лопастного ветрогенератора

Мощность устройства можно рассчитать по следующей формуле:

P – расчетная мощность, кВТ;

r – расстояние от центральной точки ротора до конца лопасти, м;

v – средняя скорость, м/с;

Большое значение в конструировании имеет размер лопасти, форма, материал из которого изготовлена.

Расчет мультипликатора

Самый мощный ротор может дать около 400 оборотов в минуту, но для эффективной работы, число оборотов должно быть в 2,5 раза больше. Для этого устанавливаются мультипликаторы — промежуточные звенья между ротором и генератором, которое повышает частоту вращения вала. Чтобы обеспечить эффективную работу генератора, нужен мультипликатор с большим коэффициентом повышения.

Мачта

Мачта — один из важнейших элементов конструкции ветрогенератора. Высота мачты зависит от места установки. Основные правила установки:

Мачта ветрогенератора должна находиться не ближе, чем на 150 метров от насаждений и жилых построек, а лучше на расстоянии от 2,5 километров.
Нижний край лопасти должен находится не ниже, чем 10 метров от верхушки деревьев.

Чтобы ветрогенераторы работали в полную мощность, минимальная высота их установки начинается от 25 метров. Чаще всего высота мачты 70-110 метров

По типу опоры различают:

на растяжках;
коническая;
сварная;
гидравлическая.

Мачта устанавливается на фундамент, от которого зависит надежность конструкции. Для начало выкапывают котлован и слоями укладывают щебень и песок. После утрамбовки устанавливают основу мачты и заливают бетоном. После заливки, фундаменту нужно время отстояться 4-5 недель. Только после этого продолжается работа по установки мачты.

Вертикальные ветрогенераторы имеет другую конструкцию. Для них не требуются высокие опоры, а мачта представляет собой разборную конструкцию высотой до 6 метров, которая монтируется на крыше зданий.

Расчет энергии ветра

Энергия ветра — это кинетическая энергия потока воздуха. Этот показатель измеряется в джоулях. Рассчитать можно по следующей формуле:

P = r · V3 · S/2, где r – показатель плотности воздуха (1,225 кг/м3), V – значение, отражающее с какой скоростью движется поток (м/с), S – площадь потока (м2).

При расчете важно учитывать потери и КПД генератора.

Для получения точных результатов, нужно знать показатели местности. Где предполагается поставить ветрогенератор.

Ложные теории

Самые распространенные мифы про ветроэнергетику:

Ветряки убивают птиц. Сложно отрицать, что птицы иногда врезаются в лопасти или мачту ветрогенератора и погибают. Но не меньше птиц погибает от электропроводов. По статистики больше всего умирает птиц из-за нападения кошек.
Самый распространенная ложная теория — это то, что шум от ветряного генератора может негативно сказаться на здоровье человека, в том числе дать осложнения на органы слуха.
Не экологичный источник, так как рост количества ВЭС увеличивает выброс углекислого газа. Да, но в сравнение с угольными или газовыми электростанциями этот показатель в 50 раз меньше.
Безработица. Ходит мнение, что получение энергии таким способом сократит рабочие места, однако этот миф легко развеять. В любом развивающемся секторе не может возникнуть безработица, так как ветроэнергетика всегда нуждается в новых кадрах — исследователи, разработчики.

Ложные теории появляются из-за незнания тема, однако все их легко опровергнуть, что было сделано многократно.

Ветровые электростанции преимущества и недостатки

Преимущества установки ветровых электростанций:

Экологичность. Сегодня этот фактор играет большую роль. А добыча энергии с помощью ветряков это экологичный способ, который никак не влияет на окружающую природу.
Экономичность. По сравнению с другими источниками получения энергии, ветровые станции в строительстве обходятся намного экономичнее.
Нескончаемый источник энергии.
Эффективность работы — электростанция вырабатывает в 80 раз больше энергии, чем потребляет.
Местоположение. Ветряк можно поставить в любом месте, в отличие от традиционных станций.
Современные ветряки могут работать при скорости от 3,5 м/с.
Технологическое развитие.

Работа ветряка зависит от силы потока ветра, которого может и не быть.
Изменение ландшафта местности из-за строительства ветряных парков.
Затраты на поиск и изучение местности для ветряков и их строительство.
Турбины станций создают низкочастотные шумы, которые оказывают негативное влияние на человека.
Создают опасность для птиц.
Менее продуктивны по сравнению с другими станциями.

У ветроэнергетики есть свои сторонники, которые считаю применение ветрогенераторов экологичным способом решения проблемы с энергетикой. Но также есть люди, которые выступают против строительства ветряных парков, так как они приносят вред здоровью человека, птицам. Недостатки ветроэнергетики не сопоставимы с большим потенциалом, который кроется в этой отрасли.

Ветроэнергетика как угроза животному миру

Защитники птиц выступают против строительства ветряных генераторов, так как птицы часто врезаются в лопасти ветряков. Хотя подсчет показал, что количество погибших птиц от генератора не больше, чем от высоковольтных проводов. Однако, зоозащитники волнуются, что во время миграции птиц они могут попасть в зону ветряного парка или сменить путь миграции.

Еще одно опасение защитников, что шумы, которые издают генераторы могут отпугивать животных и они меняют место обитания.

Ветроэнергетика как потенциальный онкоген

“Синдром ветрогенератора” — это клиническое название симптомов людей, которые живут вблизи ветряных генераторов. Основные симптомы — усталость, бессонница, раздражительность, головные боли, шум в ушах, проблемы с концентрацией. Все эти симптомы могут появляться из-за того, что работа генератора издает низкочастотные шумы, которые не воспринимает наш слух, однако организм наш реагирует.

Данный синдром не признан официально, а некоторые считают его классическим случаем ноцебо-эффекта. Это значит, что реакция организма вызвана не от действий генератора, а от отрицательной информации про него.

Ветроэнергетика в России

На данным момент Россия достаточно слабо использует такой ресурс, как ветер. Государство не выделяет достаточно субсидий на исследование и покупку конструкций.

Самая крупная ветроэлектростанция в России была запущена в 2020 году в Ставропольском крае. Рабочая мощность каждой из 84 установок — 2,5 МВт.

Доля ветроэнергетики в общей энергосистеме страны незначительная, и скорее всего в ближайшем будущем не поменяется. За прошлый год ветряками было выработано менее 1% от всего объема потребляемой энергии. Это обусловлена тем, что в стране развиты другие способы добычи энергии. Однако, нужно помнить, что энергия ветра неиссякаема и нельзя отказываться от альтернативной и быстроразвивающейся отрасли.

Ветроэнергетика в мире

Ветроэнергетика — это альтернативный источник энергии и многие страны этим пользуются. Изучение ветроэнергетики в последние десятилетия стало популярной и быстрорастущей отраслью. За прошлый год было установлено 93 ГВт новых установок.

Лидирующими странами, где этому уделяют большое внимание являются США, Канада, Великобритания, Дания, Германия, Китай.

Следует отметить! Энергия ветра используется людьми все чаще, например, доля получаемой энергии в Дании равно 28% в рамках всей энергетической отрасли, в Китае 36%.

Перспектива развития ветроэнергетики остается положительной, и в ближайшем будущем количество стран, которые будут внедрять альтернативный способ получения энергии, будет только увеличиваться.

Перспективы развития

Если учитывать, что сейчас идет фокусировка на природных экологических методах извлечения энергии, то ветроэнергетику в ближайшие годы ждет положительная перспектива развития. Все время идет разработка новых и усовершенствование старых моделей ветряков. Одна из последних разработок, это парящие генераторы, которые могут использовать максимальную силу ветра.

Все больше стран в мире уделяет ветряной энергии внимание и начинает строительство своих ветряков на подходящих территориях. Энергия ветра считается одной из перспективных альтернативных отраслей энергетики.

Чаще пользуется спросом частные ветряные генераторы, которые могут обеспечить частично или полностью дом энергией. Традиционные источники энергии могут в скором времени закончатся, а также приносят непоправимый вред экологии. Многие считаю, что за ветроэнергетикой, как и за альтернативными экологичными способами добычи энергии, стоит будущее.

Читайте также: