Использование ветряной энергии
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
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
<#"804413.files/image001.gif">
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
<http://vetronet.com/%D1%81%D0%B0%D0%BC%D0%BE%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B9-%D0%BF%D0%B0%D1%80%D1%83%D1%81%D0%BD%D1%8B%D0%B9-%D0%B2%D0%B5%D1%82%D1%80%D1%8F%D0%BA-%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%80%D1%82/>,
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);
· 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 50000 кВт-ч электроэнергии за год. Таким образом, с 1
км2 можно ежегодно получить 800000 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 АР 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/12/1001222/1001222a1. htm
<http://www.krugosvet.ru/articles/12/1001222/1001222a1.htm>
.
<http://generator-tut.ru/2010-08-20-09-16-09.html>
.
http://www.nparks.ru/wind. php <http://www.nparks.ru/wind.php>
.
http://www.invertors.ru/veter. htm <http://www.invertors.ru/veter.htm>