Энергия ветра

 

Кыргызская Государственная  Юридическая Академия

 

 

Факультет: Колледж

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

 

 

 

СРС на тему: Энергия ветра

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: Шабданбек у Бекболот

 

    Проверил: Токтосабиев А.М

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Цель данного реферата: Получение нового знания в ходе самостоятельного исследования;

 

Обобщить ниже указанные разделы по теме

 

 

Содержание:

 

     Энергия

ветра.......................................................................................

3

     Ветроэнергетика за

рубежом...................................................... 5

     Ветроэнергетика в

России........................................................... 9

     Фундаментальные знания в области  ветроэнергетики         10

     Минусы

ветроэнергетики........................................................... 10

     ВЭС с точки зрения

экологии.................................................... 12

    

Литература...........................................................................................

14

    

 

Энергия ветра

 

Энергия ветра — это преобразованная  энергия солнечного излучения, и  пока

светит Солнце, будут дуть и ветры. Таким образом, ветер — это  тоже

возобновляемый источник энергии.

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 п9нятны многочисленные попытки

"запрячь ветер в упряжку"  и заставить его вырабатывать  электрический ток.

Первая в нашей стране ветровая электростанция 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. В настоящее время  в

СССР выпускаются серийные ветроагрегаты  мощностью 4 и 30 кВт и готовятся  к

выпуску более мощные установки 100 и даже 1000 кВт. Делаются первые шаги по

пути перехода от единичных автономных ВЭС к системам связанных в  единую сеть

многих ветроагрегатов большой  мощности. Первая такая система должна быть

сооружена около поселка Дубки  в Дагестане.

Значительные успехи в создании ВЭС были достигнуты за рубежом. Во многих

странах Западной Европы построено  довольно много установок по 100-200 кВт. Во

Франции, Дании и в некоторых  других странах были введены в  строй ВЭС с

номинальными мощностями свыше 1 МВт (табл. 1).

        Таблица 1. Наиболее крупные ветроэнергетические установки       

     Страна Название установки Диаметр рабочего колеса,м Мощность, МВт

США WTS-4 78 4

Канада Eole 64 4

ФРГ Growian 100 3

Великобритания LSI 60 3

Швеция WTS-3 78 3

Дания Elsam 60 2

 

 

Одна из наиболее известных установок этого класса "Гровиан" была создана в

Германии, ее номинальная мощность — 3 МВт. Но самое широкое развитие

ветроэнергетика получила в США. Еще  в 1941 г. там была построена первая ВЭС

мощностью 1250 кВт, а сейчас общая  мощность всех ВЭС в этой стране достигает

1300 МВт, причем среди них есть  гиганты с мощностью до 4 МВт  (табл.2.) .

Всего в мире в настоящее время  насчитывается около 3 млн. ветроустановок, из

них примерно 3,5 тыс. у нас.

                Таблица 2. Данные по БЭС в  разных странах               

     Страна Установленная мощность, МВт Производство электроэнергии, ГВт/ч Доля от установленных мощностей страны, %

США 1300 1700 0,18

Мексика 265 — 1,0

Дания 140 — 1,7

ЮАР 50 — 0,2

Нидерланды 20 10 0,11

СССР 3 5 0,001

 

 

Ветроэнергетические установки (ВЭУ) достигли сегодня уровня коммерческой

зрелости и в местах с благоприятными скоростями ветра могут конкурировать  с

традиционными источниками электроснабжения. Из всевозможных устройств,

преобразующих энергию ветра в  механическую работу, в подавляющем большинстве

случаев используются лопастные машины с горизонтальным валом, устанавливаемым

по направлению ветра. Намного  реже применяются устройства с вертикальным

валом.

Кинетическая энергия, переносимая  потоком ветра в единицу времени  через площадь

в 1 м2 (удельная мощность потока), пропорциональна кубу скорости

ветра. Поэтому установка ВЭУ  оказывается целесообразной только в местах, где

среднегодовые скорости ветра достаточно велики.

Ветровое колесо, размещенное в  свободном потоке воздуха, может  в лучшем

случае теоретически преобразовать  в мощность на его валу 16/27=0,59 (критерий

Бетца) мощности потока воздуха, проходящего  через площадь сечения, ометаемого

ветровым колесом. Этот коэффициент  можно назвать теоретическим  КПД идеального

ветрового колеса. В действительности КПД ниже и достигает для лучших ветровых

колес примерно 0,45. Это означает, например, что ветровое колесо с длиной

лопасти 10 м при скорости ветра 10 м/с может иметь мощность на валу в лучшем

случае 85 кВт.

Наибольшее распространение из установок, подсоединяемых к сети, сегодня

получили ветроэнергетические  установки (ВЭУ) с единичной мощностью  от 100 до

500 кВт. Удельная стоимость ВЭУ  мощностью 500 кВт составляет сегодня  около

1200 долл/кВт и имеет тенденцию  к снижению.

Наряду с этим создаются ВЭУ и с существенно большей единичной мощностью. В

1978 г. в США была создана  первая экспериментальная ВЭУ  мегаваттного класса с

расчетной мощностью 2 МВт. Вслед за этим в 1979-1982 гг. в США были сооружены

и испытаны 5 ВЭУ с единичной  мощностью 2,5 МВт. Самая большая к тому времени

ВЭУ (Гровиан) мощностью 3 МВт была сооружена в Германии в 1984 г., но, к

сожалению, она проработала лишь несколько сот часов. Построенные  несколько

позже в Швеции ВЭУ WTS-3 и WTS-4 мощностью  соответственно 5 и 4 МВт были

установлены в Швеции и США и проработали первая 20, а вторая 10 тыс.ч.

В Канаде ведутся работы по созданию крупных ветровых установок с  вертикальным

валом (ротор Дарье). Одна такая  установка мощностью 4 МВт проходит испытания

с 1987 г. Всего за 1987-1993 гг. в мире было сооружено около 25 ВЭУ

мегаваттного класса.

Расчетная скорость ветра для больших  ВЭУ обычно принимается на уровне 11-15

м/с. Вообще, как правило, чем больше мощность агрегата, тем на большую

скорость ветра он рассчитывается. Однако в связи с непостоянством скорости

ветра большую часть времени  ВЭУ вырабатывает меньшую мощность. Считается, что

если среднегодовая скорость ветра  в данном месте не менее 5-7 м/с, а

эквивалентное число часов в  году, при котором вырабатывается номинальная

мощность не менее 2000, то такое место благоприятно для установки крупной ВЭУ

и даже ветровой фермы.

Автономные установки киловаттного класса, предназначенные для энергоснабжения

сравнительно мелких потребителей, могут применяться и в районах  с меньшими

среднегодовыми скоростями ветра.

Сегодня в некоторых промышленно  развитых странах установленная  мощность ВЭУ

достигает заметных значений. Так, в  США установлено более 1,5 млн. кВт  ВЭУ, в

Дании ВЭУ производят около 3 °/о  потребляемой страной энергии; велика

установленная мощность ВЭУ в Швеции, Нидерландах, Великобритании и Германии.

По мере совершенствования оборудования ВЭУ и увеличения объема их выпуска

стоимость ВЭУ, а значит и стоимость  производимой ими энергии снижаются. Если

в 1981 г. стоимость электроэнергии производимой ВЭУ, составляла примерно 30

американских центов за кВт./ч, то сегодня  она составляет 6-8 центов. С учетом

того, что только в 1995 г. в США  велись работы по четырем большим  ветровым

фермам с общей мощностью  около 200 МВт, станет ясно, что планируемое

Департаментом Энергетики США снижение стоимости ветровой электроэнергии до

2,5 центов/ (кВт. ч) вполне реально  [57, 90,94].

В развивающихся странах интерес  к ВЭУ связан в основном с автономными

установками малой мощности, которые  могут использоваться в деревнях,

удаленных от систем централизованного  электроснабжения. Такие установки  уже

сегодня конкурентоспособны с дизелями, работающими на привозимом топливе.

Однако в некоторых случаях  непостоянство скорости ветра заставляет либо

устанавливать параллельно с  ВЭУ аккумуляторную батарею, либо резервировать ее

установкой на органическом топливе. Естественно, это повышает стоимость

установки и ее эксплуатации, поэтому  распространение таких установок  пока

невелико.

    

Ветроэнергетика за рубежом

 

Ветроэнергетические установки (ВЭУ) достигли сегодня уровня коммерческой

зрелости и в местах с среднегодовыми скоростями ветра более 5 м/сек успешно

конкурируют с традиционными источниками  электроснабжения.

Преобразование энергии ветра  в механическую , электрическую или  тепловую

осуществляется в ветроустановках  с горизонтальным или вертикальным

расположением вала ветротурбины. Наибольшее распространение получили

ветроэнергетические установки с  горизонтальной осью ротора , работающие по

принципу ветряной мельницы. Турбины  с горизонтальной осью и высоким

коэффициентом быстроходности обладают наибольшим значением коэффициента

использования энергии ветра ( 0,46-0,48). Ветротурбины с вертикальным

расположением оси менее эффективны (0,45) , но обладают тем преимуществом,

что не требуют настройки на направление ветра. В таблице 3 приведены данные о

доле на рынке различных типов  ВЭУ в старых землях ФРГ.

     Табл. 3 Доля на рынке  различных типов ВЭУ в старых  землях ФРГ

    

Расположение оси ротора Доля на рынке, %

Вертикальноосевые установки 9 

 

 

Горизонтальноосевые установки

 

из них: с наветреным расположением  ротора за башней

 

с подветренным расположением ротора 

91

 

77

 

14 

 

 

 

 

Наибольшее распространение из сетевых установок сегодня получили ВЭУ с

единичной мощностью от 100 до 500 кВт. Удельная стоимость ВЭУ мощностью 500

кВт составляет сегодня около 1200 $/кВт  и имеет тенденцию к снижению. В

таблице 4 приведена структура мощностей  ВЭУ в старых землях ФРГ.

    

Табл. 4 Структура мощностей ВЭУ  в старых землях ФРГ

 

     Класс мощности, кВт Доля, %

10-19 11

20-49 19

50-149 34

150-500 26

401-1499 5

1500-5000 5

 

 

ВЭУ мегаваттного класса построены  в ряде стран и на сегодняшний  день

находятся на стадии экспериментальных  исследований или опытной эксплуатации.

Во многих развитых странах существуют Государственные программы развития

возобновляемых источников энергии, в том числе и ветроэнергетики. Благодаря

этим программам решаются научно-технические, энергетические, экологические,

социальные и образовательные  задачи. Генераторами проектов возобновляемых

источников энергии в Европе являются исследовательские центры ( Riso, SERI( в

настоящее время NREL), Sandia,ECN, TNO, NLR, FFA, D(FV)LR, CIEMAT и др.),

университеты и заинтересованные компании.

В 1994 году , в Мадриде, на конференции  “Генеральный план развития

возобновляемых источников энергии  в Европе” странами Европейского Союза была

принята декларация. В “Мадридской  декларации” были сформулированы цели по

достижению 15% уровня использования  возобновляемых источников энергии  в общем

потреблении энергии в странах Европейского Союза до 2010 г.[ 184 ]. В 1994 г.

в странах Европейского Союза установленная  мощность солнечных батарей, мини

гидроэлектростанций и ветроэнергетичских установок составила 5.3 Вт, к 2010

году предполагается смонтировать оборудование с установленной мощностью 55

Вт.

Поставленные цели достигаются  решением задач в области политики, льготного

налогового законодательства, государственной  финансовой поддержки через

научно-технические программы , льготного  кредитования, создания

информационной сети, системы образования, стажировок, продвижения высоких

технологий , созданием рабочих  мест на производствах и подготовки

общественного мнения.

Благоприятные условия для развития энергетики позволят к 2020 г. увеличить

потребление электрической энергии на 30% в том числе за счет возобновляемых

источников энергии на 15%.

В таблице 3. приведены соотношения  для выработки электроэнергии различными

возобновляемыми источниками энергии  в странах Европы по оптимистическим  и

пессимистическим прогнозам до 2020 года. Прогноз составлен на основании

анализа темпов прироста установленной  мощности различных видов возобновляемых

источников энергии в странах  Европейского Союза. Доля ветровой энергии  будет

составлять по пессимистической оценке 15%, по оптимистической оценке 16%.

Табл. 5

          Таблица  5. Прогноз развития возобновляемой  энергетики.